universitatea din craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/portals/31/sustineri de...

1

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAȚIONALE ȘI CERCETĂRII ȘTIINȚIFICE

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAŞOV BRAŞOV, EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

Universitatea Transilvania din Brasov

Scoala Doctorala Interdisciplinara

Facultatea: Inginerie Mecanică

Ing. Țolea Bogdan Adrian

Cercetări privind impactul dintre autovehicul și

pieton

Research regarding vehicle-pedestrian impact

Conducător ştiinţific

Prof.dr.ing. Csaba ANTONYA

BRASOV, 2017

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAȚIONALE ȘI CERCETĂRII ȘTIINȚIFICE

2

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

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

COMPONENŢA

Comisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii Transilvania din Braşov

Nr. 8532 din 27.03.2017

PREŞEDINTE: Prof. Dr. Ing. Nicolae ISPAS

Universitatea Transilvania din Brașov

Director Departament de Autovehicule și Transporturi

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. Dr. Ing. Csaba ANTONYA


REFERENŢI:

Prof. Dr. Ing. Nicolae FILIP

Universitatea Tehnică din Cluj Napoca

Prof. Dr. Ing. Anghel CHIRU


Conf. Dr. Ing. Adrian SACHELARIE

Universitatea Tehnica Gheorghe Asachi din Iasi

Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 19.05.2017, ora 11,

sala NP7 (sala INA).

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să

le transmiteţi în timp util, pe adresa [email protected]

Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de

doctorat.

Vă mulţumim.

3

CUPRINS (lb. romana)

Pg.

teza

Pg.

rezumat

INTRODUCERE 11 9

1. Stadiul actual al cercetărilor privind impacturile dintre autovehicule și pietoni 13 11

1.1. Impactul autovehicul-pieton- descriere generală 13 11

1.1.1 Definirea accidentelor de tip autovehicul-pieton 13 11

1.1.2 Clasificarea accidentelor de tip autovehicul-pieton 13 11

1.2. Statistica accidentelor în care sunt implicați pietoni 14 11

1.3. Criterii privind estimarea gradului de vătămare al pietonilor 17 13

1.3.1 Scara de evaluare AIS 17 13

1.3.2 Estimarea nivelului de vătămare la nivelul capului 19 13

1.4. Elemente de siguranță pasivă în contextul siguranței pietonilor 27 17

1.4.1 Teste experimentale privind evaluarea siguranței pietonilor 27 17

1.4.2 Sistem de siguranță pasivă – Capota activă 31 18

1.4.3 Sistem de siguranță pasivă – Airbag-ul destinat pietonilor 33 19

1.5. Elemente de siguranță activă în contextul siguranței pietonilor 34 20

1.5.1 Sistemul bazat pe frânarea de urgență automată 34 20

1.5.2 Sistemul Matrix LED 37 21

1.6. Parametrii geometrici ai profilului frontal care influențează siguranța

pietonilor

37 21

1.7. Concluzii 40 23

1.8. Obiectivele tezei 40 24

2.Studiul teoretic al coliziunilor de tip autovehicul-pieton 42 25

2.1. Considerații privind coliziunea de tip autovehicul-pieton 42 25

2.1.1. Cinematica pietonului în timpul coliziunii 42 25

2.2. Determinarea distanțelor de proiectare a pietonului 47 25

2.2.1. Evoluția modelelor privind determinarea distanței de proiectare a

pietonului

47 25

2.2.2. Metoda de determinare a distanțelor de proiectare a pietonului

analizată pe sub-faze ale impactului – Coliziune cu frânare a

autovehiculului în momentu coliziunii

49 27

2.2.3. Metoda de determinare a distanțelor de proiectare a pietonului în

urma coliziunii cu autovehiculul – Coliziune fără frânare a

autovehiculului în momentul colizunii

53 29

2.3. Metode de determinare a vizibilității pietonului în condiții nocturne 57 32


3. Determinarea distanțelor de vizibilitate a pietonului în condiții nocturne prin

teste experimentale

61 33

4

3.1. Metodologia încercărilor experimentale pentru scenariul de testare 1 61 33

3.1.1. Obiectivele testului experimental 61 33

3.1.2. Desfășurarea experimentului 61 33

3.1.3. Analiza și procesarea datelor 62 33

3.2. Metodologia încercărilor experimentale pentru scenariul de testare 2 67 36

3.2.1. Obiectivele testului experimental 67 36

3.2.2. Desfășurarea experimentului 67 36

3.2.3. Analiza și procesarea datelor 68 37

3.2.4. Determinarea vitezelor de evitare a coliziunii în funcție de

distanțele de vizibilitate obținute

73 39


4. Modelarea matematică a colizinii autovehicul-pieton 78 43

4.1. Principiile mecanicii Lagrangiene 78 43

4.2. Obiectivele modelării matematice 78 43

4.3. Modelarea matematică a sistemului proiectat 78 43

4.4. Datele de intrare ale modelului teoretic. Limitările modelului 82 44

5. Metodica cercetării experimentale 84 46

5.1. Stabilirea obiectivelor testelor experimentale 84 46

5.2. Stabilirea desfășurării testelor experimentale 84 46

5.2.1. Fixarea programului de încercări experimentale 84 46

5.2.2. Descrierea scenariilor de coliziune 85 46

5.3. Pregătirea testelor experimentale 97 46

5.3.1. Pregătirea dispozitivului antropomorfic de testare 87 46

5.3.2. Pregătirea aparaturii necesară achiziționării datelor 87 47

5.3.3. Pregătirea poligonului de încercări 91 48

5.4. Desfășurarea testelor experimentale 95 48

5.4.1. Desfășurarea testului experimental 1 97 48





6. Achiziția, prelucrarea și analiza datelor experimentale 111 54

6.1. Achiziția datelor experimentale 111 54

6.1.1. Achiziția și prelucrarea datelor din testul experimental 1 111 54





6.2. Determinarea parametrilor necunoscuți pe baza datelor extrase 125 60

5

6.2.1. Determinarea distanțelor de proiectare a pietonului în urma

coliziunii

125 60

6.2.2. Determinarea gradului de vătămare al pietonului prin prisma

criteriului de vătămare HIC

129 63

6.3. Analiza comparativă a datelor obținute cu ajutorul modelării matematice 135 65

7. Determinarea parametrilor geometrici ai profilului frontal ai autovehiculului

care influențează accelerația la nivelul capului în cazul accidentelor

138 66

7.1. Dezvoltarea unui pieton virtual similar cu cel utilizat în experimente 138 66

7.2. Simularea testelor experimentale utilizând sistemul multi-corp dezvoltat 139 66

7.2.1. Simularea testului experimental 2 140 66

7.2.1. Simularea testului experimental 3 141 66

7.3. Validarea sistemului multi-corp virtual 142 67

7.4. Aspecte privind proiectare și importarea profilurilor frontale utilizate în

cadrul studiului

146 67

7.5. Determinarea parametrilor care influențează accelerațiile la nivelul capului

pietonului

149 68

7.6. Analiza comparativă a datelor obținute 160 72

7.7. Determinarea gradului de vătămare la nivelul capului pe baza accelerațiilor

obținute

161 72


8. Concluzii generale, contribuții originale și direcții de aprofundare viitoare

ale cercetărilor

164 74

BIBLIOGRAFIE 170 78

ANEXE 178 -

Anexa 1 - Caracteristicile tehnice ale autovehiculelor utilizate în cadrul

testelor experimentale

178 -

Anexa 2 - Fișa tehnică pentru aparatul de achiziție date Pic DAQ5 179 -

Anexa 3 - Datele tehnice ale camerei de mare viteză Hi-Spec 5 180 -

Anexa 4 - Datele tehnice ale aparatului Casio Exilim 181 -

Anexa 5 - Specificațiile tehnice a Dronei DJI Phantom 182 -

Anexa 6 - Fișa tehnică a aparatului Fujifilm X-T1 183 -

Anexa 7 - Diagramele obținute prin simulările din capitolul 7 184 -

Scurt Rezumat (romana/engleza) 221 -

CV 222 -

6

CUPRINS (lb. engleza)

Pg.

teza

Pg.

rezumat

INTRODUCTION 11 9

1. The state of the art regarding car-to-pedestrian accidents 13 11

1.1. Car-to-pedestrian collision – general description 13 11

1.1.1 The definition of car-to-pedestrian accidents 13 11

1.1.2 Car-to-pedestrian accident classification 13 11

1.2. Accident statistics where pedestrians are involved 14 11

1.3. Criteria regarding pedestrian injury assesment 17 13

1.3.1 AIS scale 17 13

1.3.2 Assessment of the head injury risk 19 13

1.4. Passive safety systems in pedestrian protection 27 17

1.4.1 Experimental tests for pedestrian safety 27 17

1.4.2 Passive safety system – active bonnet 31 18

1.4.3 Passive safety system – pedestrians airbag 33 19

1.5. Active safety systems in pedestrian protection 34 20

1.5.1 Autonomous Emergency Braking System 34 20

1.5.2 Matrix LED System 37 21

1.6. The geometric parameters of the vehicle’s frontal profile design that affect

pedestrian safety

37 21

1.7. Conclusions 40 23

1.8. Objectives 40 24

2. The theoretical study of car-to-pedestrian collisions 42 25

2.1. Considerations on car-to-pedestrian collisions 42 25

2.1.1. Pedestrian kinematics during collision 42 25

2.2. Determination of the pedestran throwing distance 47 25

2.2.1. Historical overview regarding the mathematical models of the

pedestrians throwing distance

47 25

2.2.2. The determination method of pedestrian throwing distance

analyzed on impact sub-phases – The vehicle is considered to be

braked during collision

49 27

2.2.3. The determination method of pedestrian throwing distance –

The vehicle is not braked when the impact occurs

53 29

2.3. Methods to determine the pedestrian visibility during night-time 57 32


3. The determination of the pedestrian’s visibility distance during night-time by

experimental means

61 33

3.1. The first experimental test methodology 61 33

7

3.1.1. Objectives 61 33

3.1.2. Conducting the experiment 61 33

3.1.3. Analysis and data processing 62 33

3.2. The second experimental test methodology 67 36

3.2.1. Objectives 67 36

3.2.2. Conducting the experiment 67 36

3.2.3. Analysis and data processing 68 37

3.2.4. Determination of the avoidance velocities using the determined

distances

73 39


4. Mathematical modelling of the car-to-pedestrian collsion 78 43

4.1. Lagrange principles 78 43

4.2. Obiectives of the mathematical modelling 78 43

4.3. Mathematical modelling of the given system 78 43

4.4. Input data. Limitations 82 44

5. Experimental research methodology 84 46

5.1. Establishing the objectives of the experimental research 84 46

5.2. Establishing the course of te experimental tests 84 46

5.2.1. Testing schedule 84 46

5.2.2. Testing scenarios 85 46

5.3. Experimental tests preparation 87 46

5.3.1. Preparation of DAT 87 46

5.3.2. Data aquisition device preparation 91 47

5.3.3. Testing track preparation 95 48

5.4. Experimental tests preparation 97 48

5.4.1. Conducting the experimental test 1 97 48





6. Aquisition, processing and analysis of the experimental data 111 54

6.1. Data aquisition 111 54

6.1.1. Data aquisition and processing of the experimenta test 1 111 54





6.2. Determination of unknown parameters based on the extracted data 125 60

6.2.1. Determination of the pedestrian throwing distance for each 125 60

8

experimental test

6.2.2. Injury assessment in terms of head injury criteria HIC 129 63

6.3. Comparative analysis of data obtained through mathematical modelling 135 65

7. Determination of the geometric parameters of the vehicle’s frontal profile

design which influence the head accelerations in case of accidents

138 66

7.1. Development of a virtual pedestrian similar with the one used in the crash-

tests

138 66

7.2. Simulation of the crash-tests using the developed virtual multi-body system 139 66

7.2.1. Simulation of the test 2 140 66

7.2.1. Simulation of the test 3 141 66

7.3. Validation of the virtual multi-body system 142 67

7.4. Aspects regarding designing and importing of the vehicle’s frontal profile

used within the study

146 67

7.5. Determination of the geometric parameters that influence pedestrian’s head

acceleration

149 68

7.6. Comparative analysis of the obtained data 160 72

7.7. Head injury assessment based on the obtained accelerations 161 72


8. General conclusions, personal contributions and future research 164 74

REFERENCE 170 78

Appendix 178 -

Appendix 1 – Technical specification of the used vehicles within the crash-

tests

178 -

Appendix 2 – Technical specification of the data aquisition device Pic DAQ5 179 -

Appendix 3 – Technical specification of the high-speed video recording

camera HiSpec

180 -

Appendix 4 – Technical specification of the camera Casio Exilim 181 -

Appendix 5 - Technical speicificatio nfo the drone DJI Phantom 182 -

Appendix 6 - Technical speicification of the cammera Fujifilm X-T1 183 -

Appendix 7 – Diagrams obtained through simulation obtaiened from chapter

7

184 -

Abstract (romana/engleza) 221 -

CV 222 -

9

Introducere

În zonele urbane pietonii reprezintă participanții la trafic cu cea mai ridicată pondere, și

totodată sunt cei mai expuși riscului de accidente rutiere, prin faptul că aceștia nu sunt protejați

în cazul unei coliziuni cu un autovehicul de niciun dispozitiv de protecție.

Scopul acestei lucrări este de a determina parametrii geometrici ai profilului frontal ai

autovehiculului care influențează gradul de vătămare al pietonilor în urma coliziunilor cu

autovehiculele, precum și evidențierea posibilităților de reducere a vătămărilor grave prin

mijloace de siguranță pasivă. Siguranța pasivă privind coliziunea autovehiculelor cu pietonii este

limitată, unul din cele mai importante aspecte ale acesteia fiind reprezentat de designul/forma

caroseriei autovehiculelor.

Siguranța pietonilor reprezintă un aspect important la nivel național prin prisma faptului

că România este țara cu cei mai mulți pietoni decedați în urma accidentelor rutiere per milion de

locuitori, din Uniunea Europeană (European-Comission 2015).

Astfel, tema aleasă reprezintă un aspect de importanță majoră privind siguranța circulației

pe drumurile publice.

Principalele obiective ale tezei de doctorat sunt următoarele:

Dezvoltarea unui mers de calcul în vederea determinării distanțelor de proiectare a

pietonului în funcție de viteza de coliziune, în cazul în care coliziunea are loc în

timpul de reacție a conducătorului auto, iar frânarea autovehiculului se face cu

întârzierea aferentă acestui timp de reacție. Acest tip de coliziune are loc de obicei

în condiții de vizibilitate reduse, când pietonul este vizualizat de conducătorul

auto prea târziu. Acest mers de calcul s-a realizat pe un interval de viteze

cuprinse între 30 și 55 km/h.

Determinarea vizibilității pietonilor pe timp de noapte, respectiv a vitezelor de

evitare a acestora în aceste condiții. Vizibilitatea reprezintă distanța până la care

un obiect poate fii reperat (DEX 2016) . Această analiză este necesară deoarece în

România, datorită infrastructurii defectuoase, există drumuri neiluminate sau în

care iluminatul stradal nu funcționează, iar pietonii circulă pe carosabil fără să fie

conștienți de riscul la care se expun.

Determinarea cinematicii impactului autovehicul-pieton și a parametrilor viteză și

accelerație la nivelul centrului de greutate al capului, respectiv al toracelui

pietonului.

Evaluarea gradului de vătămare al pietonului în timpul coliziunii, prin prisma

criteriilor de vătămare

Dezvoltarea, elaborarea și validarea unui model matematic operativ, capabil să

determine parametrii viteză și deplasare a autovehiculului, respectiv a pietonului

în timpul coliziunii

Determinarea parametrilor geometrici ai profilului frontal ai autoturismului care

influențează accelerațiile apărute la nivelul capului pietonului în timpul coliziunii,

și totodată proiectarea unor profiluri frontale ”prietenoase” pe baza acestor

parametrii, pe clase de autovehicule.

Pentru a atinge obiectivele trasate, structura tezei este următoarea:

În primul capitol este prezentat stadiul actual al cercetărilor privind impacturile

dintre autovehicule și pietoni.

În cel de-al doilea capitol s-a prezentat studiul teoretic privind coliziunea dintre

autovehicule și pieton, aspect ce cuprinde cinematica pietonului în timpul

coliziunii, determinarea distanțelor de proiectare a pietonului în urma coliziunii cu

10

frânare, dezvoltarea principiului de calcul privind proiectarea pietonului în cazul

coliziunilor fără frânare, precum și determinarea distanțelor de vizibilitate a

pietonilor în condiții nocturne.

Capitolul trei cuprinde un studiu experimental realizat în vederea determinării

vizibilității pietonilor în funcție de culoarea articolelor vestimentare, în condiții

nocturne.

În cadrul capitolului patru este prezentat modelul teoretic dezvoltat pentru analiza

fazei de impact dintre autovehicule și pietoni.

În capitolul cinci sunt prezentate principalele etape parcurse în cadrul cercetării

experimentale.

Capitolul șase cuprinde modul de achiziție, prelucrare și analiză a datelor

experimentale obținute, precum și analiza comparativă a modelului teoretic cu

datele experimentale.

În capitolul șapte este prezentată metodologia de determinare a parametrilor

geometrici determinanți ai profilului frontal ai autovehiculului care influențează

accelerațiile la nivelul capului pietonului. Totodată, pe baza acestor parametri, s-a

realizat proiectarea și testarea unor profiluri frontale ”prietenoase” pietonilor,

pentru fiecare clasă de autovehicule.

Ultimul capitol cuprinde concluziile trase în urma realizării lucrării, evidențierea

contribuțiilor personale și trasarea direcțiilor viitoare de cercetare.

11

1. Stadiul actual al cercetărilor privind impacturile dintre

autovehicule și pietoni

1.1. Impactul autovehicul – pieton – descriere generală Accidentul rutier reprezintă un incident care constă în coliziunea a cel puțin două

vehicule, sau a unui vehicul cu un pieton, biciclist, ori alte obstrucții staționare (ex: copac, stâlp

etc.), din care rezultă rănirea, moartea unor persoane, sau producerea unor pagube materiale

(NSC 1996).

Conform OUG nr 195/2002 actualizată prin OUG 63/2006 accidentul rutier întrunește

simultan următoarele aspecte (Codul-Rutier 2002):

Implicarea a cel puțin unui vehicul aflat în mișcare.

Producerea lui a avut loc datorită încălcării unei reguli de circulație.

Conduce la vătămări corporale sau produce pagube materiale.

Are loc pe un drum public.

1.1.1. Definirea accidentelor de tip autovehicul-pieton

Pietonii pot suferi accidente în moduri foarte diferite spre deosebire de autovehicule,

fiind capabili să se accidenteze fără implicarea celorlalți participanți la trafic. Aceștia pot, de

exemplu, să se împiedice de o denivelare sau să se lovească de diferite obstacole.

Cu toate acestea, cele mai comune accidente în care sunt implicați pietonii sunt acelea cu

autovehicule.

Așadar se poate defini accidentul de tip autovehicul-pieton ca orice contact fizic ce apare

între un pieton si un autovehicul aflat în mișcare sau în repaus (Burg 2013).

1.1.2. Clasificarea accidentelor de tip autovehicul-pieton

Ravani (1981) și Brooks (1987) clasifică accidentele de tip autovehicul pieton, în funcție

de cinematica pietonului din timpul coliziunii, în 5 categorii (Brooks 1987, Ravani 1981, Simms

2009):

A. Coliziune prin ”înfășurare”

B. Coliziune în care pietonul este proiectat în fața autovehiculului

C. Coliziune în care pietonul cade în lateralul autovehiculului

D. Coliziune în urma căreia pietonul se lovește de plafonul autovehiculului

ajungând în poziție finală în spatele acestuia

E. Coliziune în urma căreia pietonul ajunge în spatele autovehiculului fără a

intra în contact cu plafonul acestuia.

1.2. Statistica accidentelor în care sunt implicați pietoni Comisia Europeana a adoptat un program ambițios de siguranță rutieră, care are scopul

de a reduce decesele rutiere în Europa între 2011 și 2020. Programul stabilește o combinație de

inițiative, la nivel european și național, cu accent pe îmbunătățirea siguranței vehiculelor,

siguranța infrastructurii rutiere și comportamentul conducătorilor auto.

În anul 2013, pietonii uciși în timpul accidentelor rutiere au avut o pondere de circa 22%.

Numărul pietonilor uciși în cadrul UE a scăzut cu doar 11% în comparație cu descreșterea

mortalității de 18% din 2010 până în 2013.

Cea mai mare pondere a deceselor provenite din accidentele de tip autovehicul pieton

sunt în țari emergente, precum România, Letonia, Polonia respectiv Lituania, unde mai mult de

1/3 din totalitatea deceselor provenite din accidentele rutiere sunt pietoni(European-Comission

2015).

Conform statisticilor furnizate de Comisia Europeană, evoluția deceselor pietonilor

implicați în accidente rutiere în România în comparație cu media UE este prezentată în Fig. 1.1.

12

Fig. 1.1 Evoluția deceselor pietonilor implicați în accidente rutiere din România în comparație cu media UE (CARE 2015)

Se poate constata că numărul de pietoni decedați în accidentele rutiere este într-o

continua scădere in ultimii ani, dar cu toate acestea este mult peste media UE (de aproape 4 ori

mai mare). Acest lucru se datorează îmbunătățirii infrastructurii, si totodată creșterea nivelului de

siguranță oferit de autovehiculele moderne.

Fig. 1.2 Numărul de pietoni decedați per milion de locuitori(European-Comission 2015)

În ciuda scăderii numărului deceselor provenite din accidentele rutiere din ultimii ani,

România este plasată pe primul loc în UE, cu cel mai mare număr de decese la un milion de

locuitori. România s-a aflat pe primul loc din UE la acest capitol și în anii 2010, 2011 și 2012.

Coloana roșie reprezintă numărul de pietoni decedați per milion de locuitori în România, iar cea

de culoare verde reprezintă media UE a celor 27 de țări introduse(Fig. 1.2). Se poate observa că

țara noastră are cea mai mare valoare, de aproximativ 36,2, cu mult peste media UE (11.4).

În România un parametru important privind accidentele cu pietoni este reprezentat de

condițiile de vizibilitate în care a avut loc accidentul. Din Fig. 1.3 se poate observa că 50% din

coliziunile dintre autovehicule și pietoni au avut loc în condiții nocturne, din care în 26% din

accidente iluminatul stradal era inexistent sau nu funcționa.

Fig. 1.3 Condițiile de vizibilitate în momentul în care a avut loc accidente soldate cu decese ale pietonilor în România (CARE

2015)

13

1.3. Criterii privind estimarea gradului de vătămare al pietonilor Este cunoscut faptul că pietonii sunt cei mai expuși participanți la trafic, iar riscul

acestora de a fi răniți sau chiar uciși în cazul unei coliziuni cu un autovehicul este mult mai mare

în comparație cu cel al conducătorilor auto.

Pentru a se putea estima gradul de vătămare al corpului uman, s-au introdus diferite scări

de evaluare a gradului de vătămare pe diferite zone ale corpului.

1.3.1. Scara de evaluare AIS1

Această scara de măsurare a nivelului de vătămare datează din 1971, fiind introdusă de

către AAAM2. Intenția inițială a fost aceea de a asocia diferite vătămări în funcție de diferiți

parametri (disiparea energiei, periclitarea vieții, paralizie, tratament periodic, etc.). După 5 ani

apare primul catalog bazat pe codificarea gradului de vătămare, care conținea aproximativ 500

de tipuri de vătămări cu severități diferite, codate de la 1 la 6, unde 1 reprezenta o vătămare

ușoară, în timp ce 6 avea o semnificație de vătămare foarte severă. De-a lungul timpului, acest

catalog a fost revizuit de 5 ori (1980, 1985, 1990, 2005 și 2008) (Davison, Munro, and Straub

2004, Stevenson 2001).

Faptul că victimele accidentelor mor ca urmare a mai multor leziuni, deși leziunile

individuale nu ar fi fost fatale, a fost introdus scorul maxim AIS (MAIS3) și ISS4. MAIS indică

valoarea maximă AIS din multitudinea valorilor aferente leziunilor individuale, în timp ce ISS

este definită ca suma pătratelor celor mai mari valori AIS pentru fiecare din cele trei regiuni cu

răni mai severe ale corpului (Burg 2013).

Pentru o codificare completă utilizând scara AIS, s-a dezvoltat un cod din 7 cifre

prezentat în Tabelul 1.1(AAAM) : Tabelul 1.1 Codificarea completă cu ajutorul scării AIS

A B CD EF G

1- Cap 1 - Toată zona 02 - Abraziunea pielii 0 - Fără leziuni

2- Față 2- Vase 04 - Contuzie 1 - Minor

3- Gat 3- Nervi 06 - Plagă 2- Moderat

4- Torace 4- Organe interne 08 - Ruptură 3- Serios

5-Abdomen 5- Schelet 10 - Amputare 4- Sever

6- Coloană 6- Inconștiență 20 - Arsură 5- Critic

8- Extremitățile inferioare 50 - Fără specificații 6 - Fatal

7- Extremitățile superioare 60 - Penetrare 9 - Fără informații

Numărul aferent

gradului de vătămare

Vătămările sunt

descrise printr-un

cod format din

doua cifre, începând

cu 02

Regiunea corpuluiTipul de structura

anatomică

Structura anatomică

specifică - de

exemplu pe tot

corpul

Gradul de

vătămare pe o

anumită zona din

corp și structura

anatomică

În situația în care 3 din zonele evaluate au valoarea AIS 6, atunci valoarea totală ISS ia

valoarea de 75, fiind valoarea maximă de pe această scară.

NISS5 reprezintă o versiune modificată a scării ISS, în care se însumează pătratele celor

mai mari 3 valori AIS, indiferent de regiunea corpului. La fel ca în cazul ISS, dacă 3 din valorile

AIS au valoarea 6, atunci NISS ia valoarea maximă de 75.

ISS este mult mai utilizat pentru evaluarea severității leziunilor, în timp ce NISS s-a

dovedit a fi superior în predicția vătămărilor care pot apărea în urma accidentelor, precum și

durata de spitalizare(Narayan 2015).

1.3.2. Estimarea nivelului de vătămare la nivelul capului

1.3.2.1 Criteriul HIC6

Leziunile la nivelul capului reprezintă o cauză majoră a deceselor pietonilor (Haibo

2013). Pentru a cuantifica leziunile care pot apărea la nivelul creierului, s-au propus diferite

1 AIS – Abbreviated Injury Scale 2 AAAM - Association for the Advancement of Automotive Medicine 3 MAIS – Maximum Abbreviated Injury Scale 4 ISS - Injury Severity Score 5 NISS - New Injury Severity Score 6 HIC – Head Injury Criteria

14

metode menite să măsoare parametrii cinematici, respectiv dinamici. Una din cele mai populare

metode menite să determine nivelul de toleranță a capului la impact este HIC. Acest criteriu de

vătămare a fost utilizat de mai bine de 20 de ani în America de Nord ca o metodă de predicție a

nivelului de vătămare ce apare la nivelul capului în timpul unei coliziuni. Valoarea HIC este

calculată cu ajutorul accelerației liniare a centrului de masă a capului unui Dispozitiv

Antropometric de Testare (DAT)7(Hutchinson 1998, Gabauer 2008, Trusca 2015).

Prasad și Mertz au dezvoltat ulterior HIRC8 utilizând date obținute în urma testelor

efectuate pe cadavre(Prasad 1985).

Cu ajutorul HIRC, s-a constatat că o valoare a nivelului HIC de 1400 este asociată cu un

procentaj de 50% a unei leziuni care apare la nivelul creierului ce periclitează viața, în timp ce

valoarea de 1000 conduce la un procentaj de 18% pentru același tip de leziune. Aceste valori

sunt valabile doar în condițiile în care timpul pe care se efectuează calculul HIC nu depășește

intervalul de 15 ms(Hutchinson 1998).

Valoarea HIC se determină prin integrarea accelerației rezultante determinată în g, unde g

reprezintă accelerația gravitațională (9.81 m/s2), în funcție de intervalul de timp stabilit. Astfel

formula de calcul pentru HIC este:

))(])(1

([2,1max)( 12

5.2

2

112

max ttdttatt

tttHIC

t

t

res

,

1.1

222

resa zyx aaa , 1.2

unde avem:

[t1, t2]– intervalul de timp pe care se face analiza. Acesta poate sa fie 15 ms sau 36 ms,

ares – accelerația rezultantă [g],

ax, ay, az – componentele accelerațiilor pe fiecare axă [g].

Valorile componentelor accelerațiilor (ax, ay, az) sunt filtrate în concordanță cu filtrele

CFC9 1000. Pentru a specifica valorile de intrare în concordanță cu ECE-R80, valorile măsurate

la nivelul capului (ax, ay, az) sunt filtrate cu ajutorul filtrelor CFC 600(WGDPVS 2008).

În cercetarea experimentală, pentru a analiza cât mai precis nivelul de vătămare care

apare la nivelul capului, trebuie luați în considerare diferiți factori care pot influența acest

parametru cum ar fi: similitudinea dintre dispozitivul antropometric de testare și corpul uman,

structura craniului acestor dispozitive în comparație cu craniul uman, precum și dimensiunile

craniului.

Formula factorului de scalare este următoarea:

,)(

)(5.1

2

L

EHIC

1.3

unde:

λE – factorul de scalare al materialului,

λL – factorul de scalare al lungimii capului.

Cu toate că bazele de date privind rigiditatea scheletului capului sunt limitate, s-a constat

că odată cu micșorarea dimensiunilor ocupantului, scalarea geometrică va avea o prognoză cu o

toleranță mai ridicată, în timp ce scalarea materialului va avea o prognoză cu o toleranță mai

scăzută.

Acest criteriu de evaluare are anumite limitări privind nivelul de vătămare ce apare la

nivelul capului datorită faptului că accelerația unghiulară a capului este neglijată (Ilie 2015).

1.3.2.2. Criteriul de performanță HIC(d)

Un alt criteriu de evaluare a leziunilor apărute la nivelul capului care derivă din HIC este

HIC(d), numit si criteriul de performanță al capului. Acesta reprezintă ponderea standardizată a

integralei corespondente accelerației la nivelul capului determinată cu ajutorul valorii HIC pe

intervalul de 36 ms. Astfel s-a obținut formula HIC(d) după cum urmează (Kleinberger 1998):

7 DAT- Dispozitiv Antropomorfic de Testare 8 HIRC- Head Injury Risk Curve 9 CFC – Channel Frequency Class

15

166.4,HIC360.75446HIC(d) 1.4

unde:

HIC36 -valoarea HIC pe intervalul de 36 ms.

1.3.2.3. Criteriul de evaluare al duratei de contact al capului (HCD10)(WGDPVS 2008)

Pentru a determina valoarea forței rezultante la contact, este necesară determinarea

intervalelor de timp în care are loc contactul. Astfel formula forței rezultante este: ,)()()( 222

zzyyxx FamFamFamF 1.5

având:

m – masa capului [kg],

ai - accelerația la nivelul capului [m/s2],

Fi – Forța la nivelul superior al gâtului în direcția i [N].

1.3.2.4. Criteriul de vătămare la nivelul Tibiei (TI11)

Acest criteriu de vătămare a fost introdus de către Mertz în 1984 și reprezintă o funcție care

depinde de sarcina de încovoiere, respectiv de sarcina axială care acționează asupra centrului

tibiei în momentul coliziunii(Wellbourne 1998, Mo 2012). ,

cc M

M

F

FTI 1.6

unde:

F- forța axială de comprimare [kN],

M- momentul rezultant de încovoiere [Nm],

Fc- forța axială de comprimare critică[kN],

Mc- momentul de încovoiere critic[Nm].

Studiul realizat de Welbourne (Wellbourne 1998) a concluzionat că acest criteriu este în

mare măsură ineficient ca evaluare a riscului de rănire a membrelor inferioare, în special la

nivelul gleznei. Valoarea acestui criteriu de vătămare este de cele mai multe ori mai mare decât

valoarea normală, datorită geometriei neobișnuite a tibiei, care induce un moment în jurul axei

Y, proporțional cu forța axială ce apare la nivelul tibiei.

Ulterior s-a introdus o revizuire a TI (RTI12), bazată pe aceeași ecuație, dar cu valorile

critice revizuite ale momentului de încovoiere, respectiv al forței axiale. Aceste valori modificate

au la bază teste experimentale din care s-au putut extrage date concludente privind valorile

critice ale momentelor și forțelor. Astfel Kuppa, utilizând datele experimentale ale altor autori, a

concluzionat că valorile critice pentru forța axială este de 12kN în timp ce pentru momentul

critic de încovoiere valoarea este de 240 Nm (TG25 2007).

Determinarea momentului rezultant de încovoiere este o sarcină dificilă, astfel s-a realizat

un model cu ajutorul Simulink, un modul al programului Matlab. Sistemul multi-corp dezvoltat

este compus din patru elemente reprezentând șoldul, femurul, tibia și piciorul, inter-conectate cu

3 cuple de rotație. Acest model este prezentat în Fig. 1.4.

10 HCD – Head Contact Duration 11 TI- Tibia Index 12 RTI – Revised Tibia Index

16

Fig. 1.4. Schema modelului dezvoltat în Simulink (Tolea 2015a)

Modelul are un comportament similar cu membrul inferior al sistemului multi-corp din

programul de specialitate PC-Crash. O analiză comparativă între modelul realizat în Simulink și

membrul inferior al sistemului multi-corp din PC-Crash este prezentată în Fig. 1.5.

Fig. 1.5 Comportamentul similar între modelul realizat în Simulink și modelul disponibil din PC-Crash(Tolea 2015a)

Introducând ca date de intrare forța de contact la diferite intervale de timp care acționează

în centrul de masă al tibiei, s-a putut obține valoarea momentului maxim de încovoiere ce apare

la nivelul tibiei printr-o diagramă reprezentată în Fig. 1.6.

Fig. 1.6 Diagrama momentului încovoietor

Astfel, cu ajutorul acestui model, se poate determina momentul de încovoiere al tibiei,

reprezentând un parametru esențial în vederea calculului RTI(Tolea 2015a).

17

1.4. Elemente de siguranță pasivă în contextul securității

pietonilor

1.4.1. Teste experimentale privind evaluarea siguranței pietonilor

Pentru evaluarea siguranței circulației, la începutul anilor ’70 s-a înființat EEVC

(European Experimental Vehicles Comittee), pentru ca ulterior să își schimbe denumirea în

European Enhanced Vehicle-safety Comittee (în 1997).

Acest comitet își desfășoară activitatea pe grupe de lucru, iar cele mai importante grupe

privind siguranța pietonilor sunt(Toganel 2008):

WG13 01 – Date privind accidentele rutiere.

WG 03 – Nivelul de toleranță al corpului uman.

WG 04 – Biomecanica corpului uman.

WG 10 – Protecția pietonilor.

WG 17 – Siguranța pietonilor.

În urma cercetărilor realizate de grupurile 10 respectiv 17, s-au stabilit câteva teste

experimentale pentru a evalua siguranța pietonilor. Astfel, până la momentul actual, testele

privind siguranța pietonilor sunt așa numitele teste ale componentelor și nu teste la scară 1:1.

Aceste teste privind siguranța pietonilor sunt (EEVCWG17 2003, Kalliske 2001) :

Testul cu un impactor de tip cap (copil și adult),

Testul cu un impactor de tip șold,

Testul cu un impactor de tip picior.

Cele trei teste sunt sintetizate în Fig. 1.7, fiind totodată criteriile privind siguranța

pietonilor pentru omologarea autoturismelor în UE conform directivei 2003/102/CE, dar cu

cerințe mai ridicate.

Aceste teste ale componentelor au ca scop reproducerea zonelor critice dintr-un accident

(ex. lovitura capului pietonului pe o zonă a autovehiculului) (Kuehn 2005).

Fig. 1.7 Testele propuse de EEVC WG 10 pentru protecția pietonilor (EEVC)

Teste similare de testare a capului sunt efectuate de NHTSA în SUA, respectiv Euro

NCAP pe teritoriul Europei (Egertz 2011).

Siguranța pietonilor de-a lungul anilor s-a îmbunătățit, dar încă rămâne la un nivel

nesatisfăcător(Yun 2013).

1.4.1.1. Testul privind siguranța pietonilor utilizându-se impactorul de tip cap

Procedura privind testarea capului realizată de EEVC WG10 se bazează pe proiectarea

impactorului de tip cap în zbor liber, în vederea testării zonei dorite de pe profilul frontal al

autoturismului. Acest impactor are o masă de 4.8 kg, spre deosebire de testele realizate de

NHTSA14, respectiv ISO care utilizează un impactor de 4.5 kg. Motivul diferenței de masă între

13 WG – Working Group 14 NHTSA – National Highway Traffic Safety Administration

18

aceste impactoare este faptul că EEVC consideră masa gâtului inclusă în impactor. Impactorul

utilizat pentru capul de copil are o masă de 2.5 kg.

Impactoarele de tip cap utilizate în teste sunt din aluminiu, fiind acoperite de un strat cu o

grosime de 12.5 mm de cauciuc menit să simuleze pielea. Diametrul impactorului trebuie să aibă

o valoare de 165 mm. În aceste impactoare sunt montate accelerometre tri-axiale necesare pentru

determinarea accelerației rezultante la nivelul capului, fiind singura metodă de evaluare a

severității leziunii în cazul impactului, prin utilizarea criteriului de vătămare HIC, dependent de

accelerație.

Nivelul de accelerație rezultantă acceptată pentru acest tip de test se află cuprinsă în

intervalul 225-275 g. Viteza cu care este proiectat impactorul este de 40 km/h la o înclinație de

65 de grade pentru capul de adult, în timp ce pentru capul de copil, unghiul de impact este de 50

de grade.

Atât pentru capul de copil cât și pentru capul de adult, nivelul criteriului HIC acceptat

este de 1000 (Stammen 2001) .

1.4.1.2. Testul privind siguranța pietonilor în cazul testului cu impactorul de

tip șold

Acest test reprezintă cel mai ”controversat” test din cadrul testelor realizate de EEVC

WG17. Reprezentanții din Italia și Franța sunt de părere ca acest test nu reflectă realitatea și nu îl

consideră necesar, iar reprezentanții germani îl privesc cu scepticism, deoarece în acest test static

nu apare frecarea între autovehicul și impactor(Lawrence 1998).

Acest test se desfășoară la o viteză cuprinsă între 20-40 km/h, iar parametrii măsurați

pentru estimarea riscului de vătămare sunt forța, care are o valoare acceptată de 5 kN, respectiv

momentul de încovoiere, cu o valoare maxima acceptată de 300 Nm(EEVCWG17 2003, GRSP

2007).

1.4.1.3. Testul privind siguranța pietonilor utilizând impactorul de tip picior

Pentru acest test, EEVC utilizează un impactor format din 2 părți menite sa simuleze

femurul și tibia, cu o masa de 9 kg, care este proiectat cu viteza de 7.5 m/s spre profilul frontal al

autovehiculului. Limita acceptată de EEVC privind deplasarea axială este de 6 mm, în timp ce

accelerația tibiei nu trebuie să depășească valoarea de 150 g. Totodată, unghiul de încovoiere

creat la nivelul genunchiului nu trebuie sa depășească valoarea de 15 de grade(EEVCWG17

2003).

Pentru aceste teste de coliziune se utilizează aceeași viteză de impact, cu toate că aceasta

influențează direct gradul de vătămare al membrelor inferioare (Matsui 2005).

O problemă care s-a pus este aceea de a înlocui tipul de impactor utilizat de EEVC cu

unul mai flexibil, deja existent pe piață care se numește Flex PLI

În urma analizei comparative a celor două tipuri de impactoare s-a ajuns la concluzia că

EEVC LFI evaluează individual încovoierea genunchiului și forța axială la care este supus, în

timp ce impactorul Flex PLI este capabil să evalueze direct elongația ligamentelor genunchiului.

De asemenea răspunsul componentelor impactorului Flex PLI corespund cu realitatea într-o

măsură mult mai mare decât impactorul utilizat de EEVC, acesta dovedindu-se a fi prea rigid în

timpul coliziunii cu autovehiculul (GTR9-1-05r1 2011, GTR9-5-13 2012).

Flex PLI a fost introdus de Euro NCAP din anul 2014, la un an mai târziu decât

JNCAP15, KNCAP16 respectiv ANCAP17 (Ariffin 2013).

Având în vedere că testele experimentale sunt costisitoare, A. KOPCZYNSKI a ajuns la

concluzia că utilizând simularea cu metoda elementului finit se poate ajunge la rezultate

satisfăcătoare privind testarea siguranței pietonilor, și totodată cu costuri mai reduse

(Kopczyński 2011).

1.4.2. Sistem de siguranță pasivă - Capota activă Capota activă reprezintă următorul pas făcut de industria auto privind siguranța

pietonilor. Acest pas a fost făcut in anul 2005, când Citroen, cu modelul C5, au introdus acest

15 JNCAP – Japan NCAP 16 KNCAP – Korea NCAP 17 ANCAP – Australian NCAP

19

element de siguranță pasivă pe autoturisme. În același an, a fost primul autoturism din istoria

Euro NCAP cu 4 stele la categoria siguranța pietonilor, reprezentând un nou început al evaluării

siguranței pasive a pietonilor (van Ratingen 2016).

Capota activă este compusă din două părți esențiale: partea compusă din senzori meniți să

detecteze când un impact va avea loc; cea de a doua componentă este compusă din dispozitive de

acționare a capotei astfel încât partea finală (cea de lângă parbriz) să se ridice în momentul

impactului. Această ridicare dezvoltă un spațiu între capotă și motor astfel încât la momentul

impactului capota să fie capabilă să absoarbă cât mai multă energie reducând riscul de vătămare

substanțial. Spațiul de ridicare a capotei variază între 70-100 mm (Fredriksson 2001, Takahashi

2013, Inomata 2009).

Principiul de declanșare al capotei active este prezentat în Fig. 1.8

Fig. 1.8 Principiul de funcționare al capotei active (Fredriksson 2001)

S-a constatat că acest element de siguranță pasivă are un rol important privind reducerea

riscului de vătămare la nivelul capului, reducând valoarea HIC cu un maxim de 90%, și cu o

valoare medie de 50% (Maki 2003b). Acest element de siguranță pasivă este într-o dezvoltare

continuă, introducându-se recent un sistem pirotehnic, activat cu praf de pușcă, care este capabil

să se declanșeze la viteze de până la 60 de km/h, în comparație cu primele generații capabile să

opereze până la viteza maximă de 40 de km/h. Cea mai mare provocare a acestei noi generații de

capote active a fost reducerea timpului de răspuns la 10 ms(Lee 2016).

1.4.3. Sistem de siguranță pasivă - Airbag-ul destinat pietonilor Un astfel de sistem a fost propus încă din anul 2001, fiind testat atât prin simulare

numerică, cât și prin test experimental de către Holding. Acest sistem cuprinde două airbag-uri la

nivelul stâlpului A. S-au efectuat teste experimentale cu diferite tipuri de airbag-uri.

În primul scenariu de testare s-a utilizat un airbag umplut cu gaz printr-o supapă, cu scurt

timp înainte ca impactul să aibă loc. Pentru această configurație s-au realizat 4 teste la 2 viteze

de coliziune diferite, primele două teste având o viteză de impact de 40 km/h utilizându-se un

DAT copil, respectiv adult. Ultimele două teste s-au realizat la viteza de 48 km/h cu aceleași

tipuri de DAT. Pentru simularea numerică s-au utilizat aceleași viteze de coliziune precum și

aceeași configurație de impact.

Pentru cel de-al doilea scenariu de testare s-au utilizat airbag-uri pirotehnice, cu un

volum de 9 litri pentru cap, fiind ulterior modificate astfel încât să permită umplerea cu ajutorul

unei surse de aer comprimat declanșată de la distanță.

În urma acestor teste experimentale, respectiv simulărilor numerice, s-a ajuns la

concluzia că aceste modificări aduse autovehiculului pot reduce nivelul de vătămare în zona

capului cu 90%, respectiv în zona toracelui cu 50%. Totodată, acest studiu ne arată că riscul

vătămărilor care periclitează viața pietonilor poate fi redus până la 100% (Holding 2001).

După mai bine de 10 ani, în anul 2012 Volvo a introdus primul airbag destinat pietonilor,

fiind compus din următoarele componente: unitatea de control airbag, limitatorul de ridicare al

capotei, mecanismul de eliberare al balamalei capotei, balamalele capotei, respectiv senzori.

Aceste elemente sunt sintetizate în Fig. 1.9.

20

Fig. 1.9 Tehnologia airbag-ului destinat pietonilor(Jakobsson 2013)

Viteza necesară activării acestui sistem este cuprinsă între 20 și 50 km/h. Senzorii

poziționați în bara autoturismului transmit semnale către unitatea de control a airbag-ului, astfel

că atunci când autoturismul intră în contact cu un obiect, semnalul se schimbă. În momentul în

care acest semnal se schimbă, unitatea de control evaluează tipul de semnal, iar daca acest tip de

semnal este interpretat ca fiind obținut de la un piciorul uman, atunci airbag-ul este declanșat

(Jakobsson 2013).

În urma testelor realizate de Euro NCAP, după cum era de așteptat, Volvo a obținut

punctajul maxim în cazul testelor cu impactorul de tip cap, devenind astfel una din cele mai

”prietenoase” autovehicule în coliziunile cu pietonii.

1.5. Elemente privind siguranța activă în contextul siguranței

pietonilor

1.5.1. Sistemul bazat pe frânarea de urgență automată

Un element esențial privind siguranța activă introdus de fabricile de autovehicule este

sistemul AEB18. Acest sistem este capabil să detecteze pericolul iminent de accident, iar în

situația în care conducătorul auto nu ia măsuri de evitare a accidentului, frânează automat

autovehiculul. Această tehnologie face parte din sistemele care încearcă să evite coliziunea

(PCS19), și se întâlnește sub diferite denumiri în funcție de marca autovehiculului : City Brake

Control (Fiat), Active City Stop (Ford), City Emergency Brake (VW), City Safety (Volvo),

Brake Assistance (Mercedes) . Aceste sisteme funcționează în general la viteze sub 30 km/h și

sunt eficiente pe distanțe scurte. Dacă frâna este acționată de către conducătorul auto în timpul

frânării sau se încearcă o manevră de evitare, sistemul se dezactivează (Fildes 2015, Radu 2015,

Yuasa 2013, Schittenhelm 2013, Keller 2011).

O schemă cu elementele componente ale sistemului este prezentată în Fig. 1.10(Hayashi

2013)

Fig. 1.10 Elementele componente ale sistemului(Hayashi 2013)

18 AEB – Autonomous Emergency Braking 19 PCS- Pre Collision System

21

Un studiu realizat de Peter Vertal în care a testat sistemul AEB al unui autovehicul Volvo

V40 produs în anul 2014, a condus la concluzii privind modul de funcționare al sistemului în

privința pietonilor. Câteva dintre limitările acestui sistem sunt (Vertal 2015) :

nu reacționează dacă înălțimea pietonului este mai mică de 80 cm sau pietonul se

află întins pe șosea

intră în funcțiune doar dacă condițiile de luminozitate sunt bune

sistemul reacționează la un pieton aflat în mișcare cu o viteză maximă de 7.5 km/h

timpul de intrare în funcțiune a sistemului de frânare este mai mare decât cel

normal (0.5 secunde)

pietonul este detectat doar la un unghi maxim de 45 de grade față de direcția de

deplasare a autoturismului

sistemul nu reacționează când autovehiculul virează la stânga/dreapta, iar pietonul

se mișcă tot din aceeași parte

Cu toate acestea, în condiții de luminozitate bună, sistemul detectează pietonii indiferent

de culoarea articolelor vestimentare, și are o eficacitate de oprire de 100% până la viteze de 30

de km/h, în cazul în care deplasarea pietonului este previzibilă. În cazul în care autovehiculul

circulă cu viteză mai mare de 30 de km/h, s-a constat că acest sistem este capabil să reducă

viteza până la maximum 30 de km/h până la impact.

Majoritatea studiilor ridică problema vizibilității pietonilor pentru aceste sisteme, motiv

pentru care industria auto face eforturi mari pentru ca aceste sisteme să fie capabile să detecteze

pietonul în toate condițiile. Astfel au apărut diferite tipuri de sisteme de detecție a pietonului care

declanșează sistemul AEB.

Pentru a detecta diferite zone ale corpului Bo Wu a introdus caracteristica ”edgelet”(Wu

2005). O a doua opțiune folosită în detecția pietonilor este folosirea sistemelor cu infraroșu

(Krotosky 2007).

1.5.2. Sistemul Matrix LED

După cum s-a discutat și în subcapitolul anterior (1.3.1), detecția și vizibilitatea

pietonului joacă un rol determinant în evitarea unui accident. Astfel, Audi a introdus un sistem

de iluminare inteligent, capabil să detecteze pietonul în întuneric, și să avertizeze prin semnale

luminoase atât conducătorul auto cât și pietonul.

Astfel, acest sistem de iluminare numit Matrix LED, poate fi încadrat ca un mijloc de

siguranță activă montat pe autovehicul, prin prisma faptului că autovehiculul ia măsuri pentru

evitarea unui potențial accident cu pietonul.

În Eroare! Fără sursă de referință. este prezentat sistemul Matrix LED, disponibil pe

autovehiculele Audi, și aplicația acestuia pentru detecția pietonului(MatrixLED 2016).

1.6. Parametrii geometrici ai profilului frontal care influențează

siguranța pietonilor Cercetătorii au ajuns la concluzia de-a lungul anilor, că profilul frontal al autovehiculului

are un rol determinant privind siguranța pietonilor. De aceea, de-a lungul anilor fabricile de

autoturisme au modificat design-ul profilului frontal al autoturismului, la cererea legilor din

vigoare de la vremea respectivă. Influența profilului frontal asupra vătămării capului pietonului a

fost demonstrată atât prin studii experimentale cât și prin studii teoretice, astfel încât în aceeași

configurație de impact cu două autoturisme cu profil frontal diferit, au oferit accelerații diferite la

nivelul capului pietonului, conducând la valori diferite ale criteriului de vătămare HIC(Tolea

2015b, Soica 2009, Toganel 2009, Soica 2007).

Parametrii determinanți privind geometria profilului frontal sunt următorii:

A. Design-ul barei față a autoturismului

B. Înălțimea muchiei anterioare capotei (BLE20)

20 BLE – Bonnet Leading Edge

22

A. Design-ul barei de protecție (bara parașoc)

Un prim pas privind modificarea profilului frontal a fost făcut în anul 1985, când s-a dorit

introducerea unui plan de 45º între profilul drept al barei față a autoturismului si colțul

autoturismului, pentru a se realiza procedura de testare a piciorului pietonului. După 6 ani, acest

unghi a fost modificat la 60 de grade, unghi care s-a păstrat până în prezent.

Geometria mai multor autovehicule de pe piața Europeană, care au fost primele ca număr

de vânzări, a fost evaluată privind modul în care s-au adaptat la schimbarea unghiului creat

dintre profilul drept al barei de protecție față și colțul barei. Pentru a realiza această evaluare s-au

utilizat planurile tehnice ale acestor vehicule, și s-a urmărit ca unghiul creat de colțul barei de

protecție să fie în relație cu lățimea completă a autoturismului. De asemenea s-au comparat

modurile în care design-ul versiunilor mai vechi de autoturisme afectează colțurile laterale ale

barei și cum este afectată zona de testare cu impactorul de tip picior. Un exemplu privind

evoluția barei frontale a autoturismelor de-a lungul anilor este prezentată în Fig. 1.11(Carroll

2014).

Fig. 1.11 Evoluția profilului frontal a autoturismelor(A Carroll 2014)

Înălțimea barei de protecție influențează leziunile ce apar la nivelul membrelor inferioare,

producând fracturi la nivelul tibiei sau genunchiului. Creșterea înălțimii acesteia poate duce la

fracturi și la nivelul femurului. De obicei la viteze mai mici(20-30 km/h) apar leziuni la nivelul

genunchiului, în timp ce la viteze de peste 40 de km/h apar fracturile. Cu toate acestea, înălțimea

barei față nu influențează într-un mod determinant gravitatea leziunilor, ci suprafața de contact a

acesteia cu piciorul. Cu toate acestea, design-urile moderne tind să minimizeze proeminența

barei de protecție, astfel că a fost necesară adăugarea unor constrângeri privind adâncimea barei.

Totodată prin ”rotunjirea” profilului frontal al autoturismului, suprafața de contact cu piciorul se

diminuează reducând nivelul de vătămare. Exemplu privind design-ul barei față a autoturismelor

de-a lungul anilor, este prezentată în Fig. 1.12(JINGWEN HU 2012).

Fig. 1.12 Evoluția barei față de-a lungul anilor(JINGWEN HU 2012)

Matsui a demonstrat că bara umplută cu materiale similare buretelui are un efect

semnificativ privind reducerea riscului de fractură a tibiei atunci când piciorul pietonului este

23

lovit cu partea centrală a barei, dar în cazul coliziunilor cu extremitățile barei, efectul este mult

mai mic(Matsui 2011).

Așadar acest element al autovehiculului reprezintă un element de importanță majoră în

construcția autovehiculelor, fiind proiectate astfel încât acestea să absoarbă cât mai multă energie

în momentul impactului (Reid 2000, Cheon 1995).

B. Muchia anterioară capotei (BLE)

Studiile recente bazate pe modele umane virtuale, respectiv pe DAT, au arătat că o

înălțime redusă a BLE (<750 mm), o rază mare a BLE (>250 mm), și o înălțime suficientă a

barei față (>490 mm) ar elimina fracturile de pelvis, respectiv femur, în timpul coliziunii unui

autovehicul cu un DAT bărbat la viteze mai mici de 40 de km/h (Snedeker 2003, 2005, Matsui

1999).

Gradul de ”rotunjire” a BLE are o influență semnificativă la autovehiculele cu o înălțime

cuprinsă în intervalul 750-850 mm a BLE, în timp ce o înălțime a acestui element de peste 850

mm, ar rezulta un contact direct cu toracele pietonului.

1.7. Concluzii În urma analizei literaturii de specialitate privind stadiul actual al cercetărilor privind

siguranța pietonilor și modul în care aceasta se desfășoară s-a ajuns la următoarele concluzii:

Cu toate că în țările Europene bine dezvoltate numărul de decese provenit din

coliziunile dintre autovehicule și pietoni este în scădere, România este una din

țările care se află departe de media europeană. Principalele motive ale acestei

statistici îngrijorătoare sunt nerespectarea regulilor de circulație, atât din partea

pietonilor cât și din partea conducătorilor auto, dar și o infrastructură

defectuoasă.

Siguranța pasivă a pietonilor este strâns legată de biomecanica corpului uman.

Astfel cercetătorii au ajuns la corelații biomecanice privind nivelul de vătămare

al pietonilor în diferite tipuri de impacturi. Modul de testare a siguranței

pietonilor atât la nivel european cât și la nivel mondial, este reglementat de

anumiți parametri biomecanici, respectiv anumite criterii de vătămare.

Evoluția în timp ale sistemelor de siguranță pasivă a fost anevoioasă, astfel că

după mai bine de 10 ani de la prima propunere a sistemelor airbag pentru pietoni

acestea au fost introduse. Cu toate acestea este necesară continuarea cercetărilor

în domeniul siguranței, prin implementarea și testarea de noi metode și

dispozitive de reducere a riscurilor de vătămare a pietonilor.

În privința elementelor de siguranță activă, cel mai important element introdus a

fost sistemul de frânare automată a autoturismului la detecția pietonului,

reprezentând totodată vârful tehnologiei actuale privind siguranța circulației. Cu

toate acestea, nu este optimizat perfect, iar o caracteristică adițională ce îi poate fi

adusă este avertizarea prin semnale sonore și vizuale a pietonului ce se află în

pericol, astfel încât acesta să încerce să ia măsuri de prevenire.

Cu toate că încă nu s-a ajuns la un design al profilului frontal al autovehiculului

foarte ”prietenos” pentru pietoni, s-a constatat că nu s-au realizat foarte multe

studii privind parametrii geometrici ce influențează nivelul de vătămare al

pietonilor. Într-o mare parte a publicațiilor în care s-au analizat influența

anumitor parametrii geometrici ai profilului frontal ai autoturismului în

coliziunea cu pietonul, analiza asupra pietonului s-a făcut la nivelul membrelor

inferioare, respectiv toracelui, și nicidecum asupra capului care reprezintă o zonă

foarte expusă în timpul coliziunii. Astfel se cere o analiză aprofundată asupra

acestui aspect.

Pentru crearea și implementarea a noi sisteme de siguranță a pietonilor, este

necesară dezvoltarea de noi teste experimentale de tip autovehicul-pieton, în

24

condiții controlate, la scară 1:1, monitorizarea acestora și achiziționarea de date

necesare dezvoltării analitice a modelelor de impact pentru înțelegerea cât mai

profundă a fenomenelor dinamice.

1.8. Obiectivele tezei În vederea identificării parametrilor determinanți în timpul coliziunii de tip autovehicul-

pieton, precum și analiza gradului de vătămare al pietonului s-au formulat următoarele obiective

ale tezei de doctorat:

Analizând modelele matematice existente privind distanțele de aruncare a

pietonului, s-a ajuns la concluzia că în literatura de specialitate s-a abordat în cele

mai multe cazuri coliziunea în care autovehiculul este frânat la impactul cu

pietonul. Astfel se dorește dezvoltarea unui mers de calcul în vederea determinării

distanțelor de proiectare al pietonului în cazul în care autovehiculul nu este frânat

în momentul coliziunii. Acest tip de coliziune are loc de obicei în condiții de

vizibilitate reduse, când conducătorul auto nu are posibilitatea să vadă pietonul,

iar acesta este lovit în timpul de reacție al conducătorului auto.

Determinarea distanțelor de vizibilitate a pietonilor pe timp de noapte, respectiv a

vitezelor de evitare a acestora în aceste condiții. Această analiză este necesară

deoarece în România, datorită infrastructurii defectuoase, există drumuri

neiluminate sau în care iluminatul stradal nu funcționează, iar pietonii circulă pe

carosabil fără să fie conștienți de riscul la care se expun.

Determinarea cinematicii impactului autovehicul-pieton și a parametrilor viteză și

accelerație la nivelul centrului de greutate al capului, respectiv al toracelui

pietonului.

Analiza comportării pietonului în timpul coliziunii prin prisma criteriilor de

vătămare.

Dezvoltarea, elaborarea și validarea unui model matematic operativ, capabil să

determine parametrii cinematici determinanți în contextul siguranței pietonilor.

Determinarea parametrilor geometrici ai profilului frontal ai autoturismului care

influențează accelerațiile apărute la nivelul capului pietonului în timpul coliziunii,

și totodată proiectarea unor profiluri frontale ”prietenoase” pe baza acestor

parametrii, pe clase de autovehicule.

25

2. Studiul teoretic al coliziunilor de tip autovehicul-pieton

2.1. Considerații privind coliziunea de tip autovehicul-pieton. În analiza accidentelor de tip autovehicul-pieton, abordarea este puțin diferită față de

accidentele în care sunt implicate doar autovehicule. Acest fapt se datorează fazei de pre-impact

a pietonului, care adeseori este considerată mai puțin importantă datorită diferenței relativ mari

de viteză între pieton și autovehicul. Un alt aspect este raportul maselor dintre pieton și

automobil, conducând astfel la ideea că pietonul, în momentul coliziunii, se va deplasa pe

aceeași direcție de deplasare ca şi autoturismul.

De obicei, în cadrul reconstrucției accidentelor rutiere în care sunt implicați pietoni,

partea de coliziune, respectiv faza ulterioară coliziunii se tratează ca un întreg, cu anumite date

deja cunoscute (pozițiile finale, urmele materializate, etc.). Faza premergătoare coliziunii conține

aspecte de cele mai multe ori necunoscute și este influențată de diferiți factori. Câțiva factori

care pot conduce la un accident rutier sunt: condițiile de vizibilitate (noapte, ceață etc.), neatenția

conducătorului auto (de cele mai multe ori nu poate fi dovedită), respectiv viteza și direcția de

deplasare a pietonului (Brach 2005).

Din punct de vedere biomecanic, cinematica mișcării determină părțile corpului care sunt

vătămate pe durata coliziunii și proveniența acestora. Cinematica mișcării pietonilor pe durata

impactului este foarte complexă, iar în general sunt insuficiente dovezi disponibile în urma

accidentelor rutiere pentru a determina mișcarea pietonului. Astfel, pentru a se studia această

cinematică s-au introdus testele de coliziune, unde se utilizează DAT sau cadavre, lovite de un

autovehicul, iar mișcarea acestora este înregistrată cu ajutorul camerelor de mare (Simms 2009).

2.1.1. Cinematica pietonului în timpul coliziunii

În ceea ce privește cinematica pietonului în timpul coliziunii, cercetătorii o împart în trei

faze esențiale(Tomasch 2004, Șerbu 2015, Dima 2007):

Faza de contact,

o Faza de transport,

Faza de zbor,

Faza de alunecare (contactul cu solul).

2.2.Determinarea distanțelor de proiectare a pietonului

2.2.1. Evoluția modelelor privind determinarea distanței de proiectare a pietonului

Majoritatea modelelor teoretice de proiectare a pietonului în urma coliziunilor consideră

pietonul ca un punct material. Astfel distanța totală de aruncare S este obținută ca o funcție

dependentă de următorii parametrii: viteza inițială V0 dependentă de unghiul de proiectare al

pietonului Θ, înălțimea inițială de la care are loc aruncarea pietonului H, coeficientul de frecare

cu solul µ, respectiv unghiul de înclinare a rampei α. O altă funcție ce se poate obține este a

vitezei inițiale în funcție de distanța totală de aruncare S.

Distanța totală de proiectare (aruncare) a pietonului este definită ca distanța parcursă de

pieton din momentul impactului primar până la ajungerea acestuia în poziția finală post-impact.

Unul din modelele de calcul privind distanța de aruncare disponibile a fost realizat de

Collins care a ajuns la următoarea ecuație privind distanța totală de aruncare S (Collins 1979):

,2

22

00

g

V

g

HVS

2.1

unde g = 9.81 m/s2 este accelerația gravitațională. Dacă valoarea S este cunoscută,

formula se poate scrie sub forma:

.2)(20 gHSHgV 2.2

Acest model privind proiectarea pietonului are un dezavantaj, și anume neglijarea

unghiului de proiectare al pietonului, respectiv a rampei drumului.

26

Ulterior, Searle a luat în considerare unghiul de proiectare a pietonului de pe capotă,

ajungând la următoarea relație (Searle 1993):

.2

)sin(cos 22

0 Hg

VS

2.3

Rezolvând ecuația, pentru V0 rezultă următoarea expresie:

.sincos

)(20

HSgV 2.4

Datorită faptului că valoarea unghiului de proiectare a pietonului de pe capotă de cele

mai multe ori nu este disponibil, Searle a obținut o expresie pentru viteza minimă pe care o putea

avea inițial pietonul considerând 00

V , ajungând la următoarea ecuație:

.

1

)(220

HSgV

2.5

Nici acest model nu ia în considerare o eventuală elevație a drumului, respectiv unghiul

aferent acesteia.

Han ș.a. a împărțit în cadrului studiului lor mișcarea pietonul în trei faze importante.

Astfel ecuația generală a spațiului este după cum urmează(Han 2001): ,sRxS L 2.6

unde:

Lx - distanța pe care pietonul o parcurge în timpul contactului cu autoturismul,

R- distanța parcursă de pieton în faza de zbor,

s- distanța dintre locul unde are loc impactul cu solul și poziția de oprire a pietonului.

Distanța R poate fi scrisă sub forma:

.sin

2

1cos 2

0 RR gttVR 2.7

Iar durata fazei de zbor a pietonului din momentul proiectării acestuia până la contactul

cu solul Rt are relația:

.

cos

cos2sin

cos

sin22

00

g

gHV

g

VtR

2.8

Astfel distanța ecuația distanței totale S ia forma:

.)sincos(2

)( 2

g

VVS YX

2.9

Componentele vitezei pe axele X și Y, Vx respectiv Vy sunt scrise sub forma: ,sincos0 Rx gtVV 2.10

,cossin0 Ry gtVV 2.11

Neglijând înclinația drumului (α=0), expresia vitezei inițiale poate fi scrisă după cum

urmează:

.)cossin(

))((220

HxSgV

L 2.12

Datorită faptului că viteza autovehiculului Vc0’ diferă de viteza inițială a pietonului V0 la

momentul proiectării pietonului, Han et. al. au adoptat coeficientul η pentru a le corela: .'

00 cVV 2.13

Din Legea conservării momentului cinetic se poate determina viteza inițială a

autovehiculului Vc0 în momentul impactului ca fiind:

,'

00 c

c

pc

c Vm

mmV

2.14

unde mc este masa autoturismului, respectiv mp este masa pietonului

27

2.2.2. Metoda de determinare a distanțelor de proiectare a pietonilor analizată pe

sub-faze ale impactului – Coliziune cu frânare a autovehiculului în momentul

coliziunii

Cercetările privind distanța de proiectare a pietonului au continuat și în ultimii ani, iar o

cercetare recentă privind distanța de proiectare a pietonului în urma coliziunii cu autoturismul a

fost publicată în anul 2016 de către Șoica. Spre deosebire de modelul publicat de Han, acest

model ia în considerare două sub faze care apar în timpul coliziunii. Prima sub fază este cuprinsă

între primul moment în care pietonul intra în contact cu autoturismul și momentul când are loc

cea de a doua coliziune dintre autovehicul și pieton. A doua sub fază reprezintă timpul scurs

dintre momentul în care pietonul începe să fie purtat pe capota autoturismului și momentul în

care acesta se desprinde de pe capotă. Acest model de calcul este prezentat în cele ce urmează

(Soica 2016).

O schemă reprezentativă a fazelor ce sunt analizate în cadrul acestui model, respectiv

parametrii ce influențează cinematica pietonului în urma coliziunii sunt prezentați în Fig. 2.1.

Calculul se realizează sub următoarele ipoteze:

Vitezele autovehiculului înainte de contactul cu pietonul este V0’

Durata primei sub-faze (t0-t1) este cunoscut

Decelerația medie de frânare ”a” este cunoscută și este considerată constantă pe

toată durata sub-fazelor 1 respectiv 2

Fig. 2.1 Schema modelului de calcul (Soica 2016)

Spațiul total de proiectare a pietonului poate fi scris sub forma: ,32

'

11 xxxxD 2.15

unde:

1x - spațiul parcurs de ansamblul vehicul-pieton în prima sub-fază [m], '

1x - spațiul parcurs de ansamblul vehicul-pieton în cea de a doua sub-fază [m],

2x - spațiul parcurs de ansamblul vehicul-pieton în faza de zbor [m],

3x - spațiul parcurs de ansamblul vehicul-pieton în faza de alunecare pe sol până la oprire [m].

Calculul se realizează pentru fiecare fază în parte, astfel prima faza a analizei cuprinde

primul impact dintre autovehicul și pieton, cel de-al doilea impact dintre autovehicul și pieton,

respectiv faza de deplasare a vehiculului împreună cu pietonul poziționate pe capota acestuia.

Considerând impactul dintre autovehicul și pieton ca un impact plastic, viteza post impact

”V0” a ansamblului vehicul-pieton după primul impact este:

,

1

'

00

v

p

m

m

VV

2.16

V0’ – viteza vehiculului la momentul primului contact cu pietonul,

V0 – viteza ansamblului vehicul-pieton imediat după ce primul contact are loc,

mp,v – masele pietonului respectiv vehiculului.

După impactul dintre vehicul și pieton, se consideră ca ansamblul autovehicul-pieton se

află în frânare cu decelerația ”a”. Astfel se poate obține viteza ansamblului V la timpul t1,

reprezentând timpul la care pietonul se lovește de parbriz/capotă. ,10 atVV 2.17

.1

2

0

2 axVV 2.18

28

Pentru sub-faza 1, spațiul parcurs de ansamblul autovehicul-pieton rezultă din ecuația

2.18 rezultând:

.2

2

0

2

1a

VVx

2.19

Combinând ecuațiile (2.16)(2.18) și (2.19) se obține distanța parcursă de autovehicul in

sub-faza 1 astfel:

.2

11

2

'

0

2

1

'

0

1a

m

m

Vat

m

m

V

xv

p

v

p

2.20

Viteza pietonului este considerată în același mod în care a fost considerată de Han ș.a.,

astfel relația este: ,VVp

2.21

Din ecuațiile (2.17)și (2.21), rezultă viteza pietonului ca:

.

1

1

'

0

at

m

m

VV

v

pp

2.22

Ansamblul vehicul pieton se află în mișcare de frânare, iar pietonul este lansat de pe autovehicul

la timpul ”t1’ ”, după ce parcurge spațiul x1+x1’ .

Înlocuind ecuația (2.21) în ecuația (2.18)se obține spațiul parcurs în sub-faza 1 (x1’):

.2

)1( 22'

1a

Vx

2.23

Totodată înlocuind viteza ”V” în ecuațiile (2.16) și (2.17):

.2

)1(

1

2

2

1

'

0

1a

at

m

m

V

xv

p

2.24

Astfel spațiul parcurs de pieton în contact cu autovehiculul este compus din: .'11 xxSaut 2.25

În timpul sub-fazelor 1 respectiv 2 putem discuta de două decelerații aferente fiecărei

faze (a1 respectiv a2). Daca pe parcursul sub-fazei 1, viteza autovehiculului se consideră

constantă, rezultă că viteza ansamblului vehicul-pieton la momentul t1 poate fi considerată

V=V0.

Calculul pentru faza de zbor a pietonului (faza 2) se face după axa X, respectiv Y, prin

descompunerea vectorului ”Vp” la desprinderea pietonului de pe capota autoturismului. Astfel

accelerațiile pe X, respectiv Y ale pietonului la desprinderea de pe autoturism sunt :

,singapx 2.26

.cosgapy 2.27

Se notează Y0 = h înălțimea maximă de la care pietonul cade și lovește asfaltul. Astfel la

momentul proiectării pietonului de pe autovehicul avem componentele vitezelor pe X respectiv

pe Y în funcție de unghiul sub care pietonul pleacă de pe autoturism (α):

29

,cos)0( ppx VV 2.28

,sin)0( ppy VV 2.29

Ecuațiile la timpul t2 (timpul la care pietonul intră in coliziune cu solul) ,sincos)0( 22 tgtVV ppx 2.30

.cossin 22 tgtVV ppy 2.31

Astfel ecuațiile de mișcare pentru fiecare axă de coordonată vor fi:

,2

sin)cos(

2

222

tgtVx p

2.32

.

2

cos)sin(

2

22

tgtVhy p

2.33

Din ecuația de mișcare obținute după axa Y s-a determinat timpul aferent fazei de zbor al

pietonului.

.cos

cos2sinsin 22

2

g

ghVVt

pp 2.34

Soluția generală a traiectoriei este dată prin înlocuirea ecuațiilor (2.34) în (2.33).

Calculul pentru ultima fază a proiectării pietonului în urma coliziunii este aceea în care

pietonul alunecă pe sol până la oprire (Faza 3). Distanța alunecării pe sol este definită după cum

urmează:

.)sincos(2

))(( 2

2

3g

tVx

p

2.35

Un studiu realizat de Wood arată că valoarea coeficientului de frecare(µ) a pietonului cu

solul are valoarea cuprinsă între 0.3 și 0.93 (Wood 2001)

În timp ce viteza pietonului are relația: ),()()( 222 tVtVtV Pypxp 2.36

,sincos)( 22 tgVtV ppx 2.37

,cossin)( 22 tgVtV ppy 2.38

.

cos

cos2sinsin( 22

2

g

ghVVt

pp 2.39

Înlocuind ecuațiile (2.22) (2.38) (2.36)(2.37) în (2.15) rezultă formula spațiului parcurs

de pieton în ultima fază a coliziunii.

Astfel fiecare distanță calculată va fi înlocuită în ecuația (2.15) și se obține spațiul total

de proiectare al pietonului.

2.2.3. Metoda de determinare a distanțelor de proiectare a pietonului în urma

coliziunii cu autovehiculului – Coliziune fără frânare a autovehiculului în

momentul coliziunii

Acest tip de coliziuni au loc în condiții de vizibilitate redusă, când conducătorul auto nu

are posibilitatea de a vizualiza pietonul la timp, iar coliziunea are loc în timpul de reacție al

conducătorului auto. La viteze cuprinse în intervalul 30-55 km/h, pietonul se află în contact cu

autovehiculul, până în momentul începerii frânării acestuia, iar de obicei, poziția finală a

pietonului se află în spatele autoturismului (Burg 2013).

Schema privind fazele pe care le parcurge pietonul în timpul acestui tip de coliziune sunt

prezentate în Fig. 2.2.

30

Fig. 2.2. Schema privind fazele pietonului în timpul coliziunii

Calculul privind distanța de proiectare al pietonului în cazul în care autovehiculul nu este

frânat în momentul coliziunii se bazează pe următoarele ipoteze:

Pietonul parcurge toate fazele prezentate în figura anterioară – în cazul în care una din

aceste faze lipsește, aceasta trebuie exclusă din calcul. În cazul acestor tipuri de coliziuni,

se materializează deformații atât pe capota față a autovehiculului cât și pe plafonul

acestuia.

Unghiul de lansare al pietonului de pe autovehicul este cunoscut.

Viteza de coliziune V0 este cunoscută.

Pietonul este considerat staționar în momentul coliziunii.

Ciocnirea dintre pieton și autovehicul este plastică.

Pierderile de viteză pe care le are pietonul pe durata coliziunii cu autovehiculul se

datorează strict frecărilor cu acesta.

Pietonul alunecă în momentul contactului cu solul spre poziția finală.

Distanța totală de proiectare a pietonului este dată de relația: ,sfptotal SSSS 2.40

unde Sp – spațiul parcurs de pieton împreună cu autovehiculul până la începerea frânării ,

Sf - spațiul parcurs în zbor de pieton în urma pierderii contactului cu autovehiculul,

Sf – spațiul parcurs de pieton în faza alunecării pe sol.

Viteza pietonului în prima fază a impactului poate fi scrisă ca

,01 Vmm

mV

pv

v

2.41

având mv, mp ca masele autovehiculului și pietonului, în timp ce V0 reprezintă viteza de

coliziune.

Decelerațiile pietonului atinse în fiecare fază (ap1,2,3,4) pot fi scrise ca ,1 gfa pp 2.42

,sincos2 ggfa pp 2.43

,3 gfa pp 2.44

,sincos4 ggfa pp 2.45

unde fp - coeficientul de frecare dintre autovehicul și pieton,

α - unghiul format de orizontală cu parbrizul autovehiculului (determinat prin

măsurare),

g – accelerația gravitațională (m/s2),

β – unghiul format de luneta autovehiculului cu planul orizontal (determinat prin

măsurare).

Astfel se poate determina viteza pietonului pentru fiecare fază prezentată:

1pV 0Vmm

m

pv

v

- 1pp tgf 2.46

31

2pV

0Vmm

m

pv

v

-21 )sincos( ppp tfpgtgf

2.47

3pV

0Vmm

m

pv

v

-321 )sincos( ppppp tgftfpgtgf

2.48

4pV0V

mm

m

pv

v

321 )sincos( ppppp tgftfpgtgf 4)cossin( pp tgfg 2.49

Considerându-se ca valori cunoscute timpii tp1,2,3,4 aferenți fiecărei faze, respectiv

adoptându-se un coeficient de frecare tipic între autovehicul și pieton, se pot determina vitezele

pe care le-a avut pietonul în fiecare fază a coliziunii.

Spațiul parcurs de autovehicul va fi scris ca: rvehicul tVS 1

2.50

Spațiul parcurs de pieton în fazele 1-4 este egală cu : CsSS vehiculp 2.51

unde Svehicul este spațiul parcurs de autovehicul în timpul de reacție,

Cs – distanța de la centrul de greutate al autovehiculului până în cel mai îndepărtat

reper poziționat în spatele acestuia (determinată prin măsurare),

tr – timpul de reacție al conducătorului auto.

Viteza pietonului în momentul desprinderii acestuia de pe autovehicul poate fi scrisă ca: .cos45 pp VV 2.52

Odată desprins de pe caroseria autovehiculului, pietonul se află în faza de zbor,

îndreptându-se spre sol. Considerând frecările cu aerul neglijabile, din Principiul Conservării

Energiei se deduce formula vitezei pietonului la contactul cu solul, ca fiind: .sin2

2

56 hgVV pp 2.53

Spațiul parcurs de pieton în faza de zbor se poate determina geometric, cunoscând

înălțimea de la care pietonul alunecă de pe autovehicul spre sol (h), și are relația:

.1

htg

S f

2.54

În momentul în care pietonul se lovește de sol, acesta alunecă spre poziția finală cu

decelerația: gap 5 ,

2.55

cunoscând µ ca fiind coeficientul de frecare dintre sol și pieton.

Spațiul parcurs de pieton în faza de alunecare pe sol are relația:

g

VS

p

s

2

2

6

.

2.56

Astfel spațiul total parcurs de pieton poate fi scris ca :

CstVhtgg

VS r

p

total

1

2

6 1

2 .

2.57

Acest model de calcul a fost introdus în programul de operații matematice Mathcad, cu

ajutorul căruia s-a realizat calculul distanțelor de proiectare a pietonului în funcție de viteza de

coliziune a pietonului pentru fiecare viteză din intervalul 30-55 km/h.

De asemenea, utilizând PC-Crash 10.2, s-au realizat simulările coliziunilor pe același

interval, obținându-se valori ale distanțelor de proiectare a pietonului. Cu ajutorul acestor date,

s-a realizat diagrama din Fig. 2.3.

32

Fig. 2.3. Distanțele de proiectare a pietonului în funcție de viteza de coliziune

Așadar, această diagramă(Fig. 2.3) poate fi utilizată în cazul reconstrucției

accidentelor în care sunt implicați pietoni, pentru o determinare a vitezei de coliziune cu ajutorul

distanței de proiectare măsurate, în situația în care în faza de pre-impact nu s-au materializat

urme de frânare sau derapare.

2.3. Metode de determinare a vizibilității pietonului în condiții nocturne

Faza anterioară coliziunii reprezintă faza în care apar cele mai multe necunoscute privind

reconstrucția accidentelor în care sunt implicați pietoni, și nu numai. Această fază de cele mai

multe ori se bazează pe anumite presupuneri sau, în cazul în care există, testimoniile martorilor

sau ale conducătorului auto. Astfel, vizibilitatea nocturnă reprezintă un factor esențial cu privire

la analiza fazei premergătoare coliziunii și totodată cu ajutorul căruia se pot stabili eventualele

posibilități de evitare a accidentului.

În calculul de determinare a vizibilității se iau în considerare parametrul contrastului,

respectiv reflexia obiectului(Hankey 2005).

Cei mai importanți parametri care influențează vizibilitatea nocturnă sunt prezentați în

studiul lui Hankey din 2005 ca fiind reflexia obiectului, contrastul respectiv distanța de

vizibilitate (Hankey 2005)

2.4. Concluzii Analizând aspectele privind cinematica pietonului pe parcursul coliziunii, modul de

determinare a distanțelor de proiectare a pietonului precum și vizibilitatea acestuia în diferite

condiții se pot formula următoarele concluzii:

Studiul privind determinarea distanțelor de proiectare a pietonului a început încă

de la sfârșitul anilor ’70, pentru ca ulterior pe baza acestor determinări, calculul să

devină tot mai complex, ținând cont de tot mai mulți parametri. Cu toate acestea,

acest calcul este dificil și se bazează pe parametri estimativi privind unghiul sub

care pietonul este aruncat de pe capota autovehiculului. Acest parametru este

dificil de estimat având în vedere că cinematica pietonului este foarte complexă,

de aceea o metodă mai bună de determinare a distanței de proiectare a pietonului

este prin simulare pe calculator, cu ajutorul programelor disponibile pe piață,

programe care permit vizualizarea 3D a pietonului pe parcursul desfășurării

simulării.

Metodele de determinare a vizibilității pietonului se bazează pe metoda lui Adrian

Werner, fiind cea mai precisă. Vizibilitatea pietonului depinde de mai mulți

parametrii: culoarea articolelor vestimentare, condițiile meteo, contrast, etc.

Analizând literatura de specialitate, s-a constat că nu s-au realizat foarte multe

studii privind vizibilitatea pietonului în funcție de culoarea articolelor

vestimentare, iar un studiu elaborat privind acest aspect ar fi necesar.

33

3. Determinarea distanțelor de vizibilitate a pietonului în

condiții nocturne prin teste experimentale

Pentru determinarea distanțelor de vizibilitate a pietonului s-au efectuat două tipuri de

teste experimentale, în diferite condiții de testare. În primele teste s-a dorit determinarea

distanțelor de vizibilitate a pietonului în condiții nocturne în funcție de culoarea articolelor

vestimentare, astfel încât vizibilitatea acestuia să fie completă. Pentru acesta, zona pe care s-au

efectuat măsurătorile a fost în zona toracelui, respectiv a umerilor.

A doua serie de teste experimentale, a avut ca scop determinarea distanțelor maxime de

vizibilitate a pietonului în condiții nocturne, în funcție de culoarea articolelor vestimentare.

Pentru a atinge acest obiectiv, a fost necesară efectuarea măsurătorilor pe zona membrelor

inferioare a pietonului (gamba).

3.1. Metodologia încercărilor experimentale pentru scenariul de

testare 1 (Tolea 2016b)

3.1.1. Obiectivele testului experimental

Primul studiu experimental a avut ca scop atingerea următoarelor obiective:

Determinarea contrastului, respectiv a vizibilității pietonilor în funcție de culoarea

tricoului, aflați pe partea carosabilă a unui drum public neiluminat,

Determinarea vizibilității unui pieton aflat pe un drum în aliniament,

Determinarea importanței vestei reflectorizante pe timp de noapte.

3.1.2. Desfășurarea experimentului

Pentru a atinge obiectivele trasate s-a utilizat un autovehicul echipat cu faruri de tip

Halogen, fiind poziționat la diferite distanțe de pieton. Acest scenariu de testare a cuprins două

tipuri de teste:

Autovehiculul a folosit luminile de întâlnire,

Autovehiculul a folosit luminile de drum.

Primul pas al testului experimental a fost acela de a poziționa pietonului îmbrăcat în

diferite culori la o distanța de 0.5 metri de acostamentul din partea dreaptă a drumului, în timp ce

vehiculul a fost poziționat la intervale succesive de 10 metri față de pieton, până la atingerea

distanței de 100 de metri față de acesta. Culorile utilizate în cadrul acestui experiment au fost :

galben, albastru, roșu, respectiv vestă reflectorizantă.

Din autovehicul s-au făcut fotografii cu două camere calibrate, astfel încât acestea să

poată să fie procesate cu un program specializat în rectificarea fotografiilor, conducând la

concluzii privind vizibilitatea pietonului. Această rectificare permite utilizatorului să determine

gradul de vizibilitate a pietonului prin măsurarea valorii luminanței pe zone determinate de către

utilizator.

3.1.3. Analiza și procesarea datelor

Pentru procesarea datelor s-a utilizat programul PC-Rect 4.2, un software dezvoltat de

DSD Austria, specializat pe fotogrammetrie. Introducând fotografiile în acest program s-a

determinat gradul de vizibilitate al pietonului cu ajutorul metodei Adrian Werner.

Următorul pas a fost centralizarea datelor obținute din procesarea fotografiilor ale

parametrului ∆Lu în vederea obținerii unor diagrame reprezentative ale distanțelor de vizibilitate.

Tabelele centralizate în formatul Microsoft Excel cuprind următorii parametrii:

Distanța – Distanța dintre autovehiculul din care s-au efectuat fotografiile și

pieton [m],

34

Vesta reflectorizantă – Valoarea parametrului ∆Lu (contrastului) de pe vesta

reflectorizantă[cd/m2].

Galben – Reprezintă valoarea parametrului ∆Lu obținut de pe tricoul de culoare

galbenă[cd/m2].

Roșu – Valoarea contrastului obținut pe tricoul de culoare roșie[cd/m2].

Albastru – Valoarea contrastului obținut pe tricoul de culoare albastră[cd/m2].

Negru – Valoarea parametrului ∆Lu aferent tricoului de culoare neagră [cd/m2].

Tabelul 3.1 Datele centralizate ale parametrului ∆Lu,, în funcție de culori, pentru testul în care autovehiculul a avut puse în funcțiune luminile de întâlnire

Distanța [m]

Vesta reflectorizantă

[cd/m2]

Galben [cd/m2]

Roșu [cd/m2]

Albastru[cd/m2] Negru [cd/m2]

10 1.43 0.46 0.267 0.25 0.18

20 1.2 0.31 0.265 0.235 0.09

30 1.2 0.29 0.22 0.196 0.04

40 1.2 0.25 0.2 0.14 0.03

50 1.19 0.18 0.151 0.12 0

60 1.19 0.14 0.042 0.013 0

70 1.19 0.058 0.04 0.011 0

80 1.18 0.047 0.04 0.01 0

90 1.14 0.04 0.02 0.01 0

100 1.07 0.03 0.01 0.007 0

Tabelul 3.2 Datele centralizate ale parametrului ∆Lu,, în funcție de culori, pentru testul în care autovehiculul a avut puse în

funcțiune luminile de drum

Distanța [m]

Vesta reflectorizantă

[cd/m2]

Galben [cd/m2]

Roșu [cd/m2]

Albastru [cd/m2]

Negru [cd/m2]

10 2.87 2.8 1.4 0.78 0.54

20 2.7 1.9 1.38 0.7 0.16

30 2.5 1.87 1.34 0.66 0.035

40 2 1.76 1.3 0.64 0.028

50 1.74 1.66 0.77 0.62 0.02

60 1.72 1.57 0.63 0.6 0.01

70 1.62 1.4 0.25 0.23 0

80 1.38 0.94 0.19 0.17 0

90 1.3 0.69 0.15 0.08 0

100 1.27 0.68 0.147 0.05 0

Cu ajutorul acestor tabele s-au putut realiza diagramele de vizibilitate a pietonului în

funcție de culoarea tricoului și distanța pe care acesta a avut-o față de autoturism. Prima

diagramă aferentă Tabelul 3.1 este prezentată în Fig. 3.1.

35

Fig. 3.1 Diagrama de vizibilitate a pietonului în funcție de culoarea tricoului pentru testul în care autovehiculul a avut puse în

funcțiune luminile de întâlnire

Se poate constata că vesta reflectorizantă oferă cea mai bună vizibilitate în comparație cu

celelalte culori, fiind vizibilă pe toate distanțele de testare cu o valoare a parametrului ∆Lu peste

valoarea de 1, reprezentând o vizibilitate sporită.

Vesta reflectorizantă este urmată de culoarea galbenă în ierarhia culorilor analizate, fiind

vizibilă pe intervalul 10-60 de m, ca după această distanță să își piardă vizibilitatea. Culorile roșu

respectiv albastru au un comportament asemănător, pierzându-și vizibilitatea după pragul de 50

de metri, în timp ce culoarea neagră reprezintă culoarea cu o vizibilitate extrem de scăzută, fiind

vizibilă doar în primii 20 de metri.

Cu ajutorul datelor centralizate în Tabelul 3.2, s-a realizat diagrama privind distanțele

vizibilitate a pietonilor în funcție de culoarea tricoului pentru testul în care autovehiculul a avut

pusă în funcțiune lumina de drum. Această diagramă este prezentată în Fig. 3.2.

Fig. 3.2 Diagrama de vizibilitate a pietonului în funcție de culoarea tricoului pentru testul în care autovehiculul a avut puse în

funcțiune luminile de drum

În urma acestui test se contată că vesta reflectorizantă rămâne cel mai vizibil element,

fiind vizibilă pe toate distanțele analizate, urmată de culoarea galbenă, care de asemenea este

vizibilă pe toate intervalele. După cum era de așteptat, se poate observa o creștere substanțială a

valorii luminanței, datorită intensității luminoase mult mai mari oferită de luminile de drum ale

autovehiculului.

Având în vedere că aceste teste au ca scop vizibilitatea completă a pietonului, se poate

discuta despre faptul că în timpul circulației pe timp de noapte, conul de lumină produs de

farurile autovehiculelor, luminează sub un anumit unghi. Acest unghi descoperă în prima fază

36

partea inferioară a pietonului (membrele inferioare), astfel distanțele de vizibilitate determinate

pot fi discutabile.

Așadar, următorul pas a fost realizarea testelor experimentale pentru testarea vizibilității

pe timp de noapte a membrelor inferioare ale pietonului.

3.2. Metodologia încercărilor experimentale pentru scenariul de

testare 2(Tolea 2016a)

3.2.1. Obiectivele testului experimental

Studiul experimental a urmărit determinare caracteristicilor de vizibilitate și a distanțelor

de percepere a obstacolelor a conducătorului auto în diferite condiții de circulație și vizibilitate în

contextul utilizării celor doua faze (fază de întâlnire și fază de drum) și întâlnirea unei coloane de

autovehicule din sens opus.

Pentru acest test experimental s-au trasat următoarele obiective principale:

Determinarea distanțelor minime de vizibilitate a pietonilor la diferite distanțe de sursa

luminoasă, analizându-se zona inferioară a piciorului.

Stabilirea ierarhiei vizibilității culorilor în funcție de distanțe.

Determinarea vitezelor critice de vizibilitate.

Determinarea influenței luminilor celorlalți participanți la trafic în vizualizarea

pietonului.

3.2.2. Desfășurarea experimentului

Pentru realizarea acestui studiu experimental a fost necesară efectuarea unor măsurători

pe pista de încercări. Așadar s-a ales o porțiune de drum cu o lungime de circa 200 de m,

realizând-se cate un marcaj din 10 in 10 metri, astfel încât poligonul de încercări să fie împărțit

în 20 de tronsoane.

Autoturismul din care s-au efectuat măsurătorile a fost poziționat la distanța 0 a

poligonului în timp ce pe sensul opus de mers au fost poziționate 4 autoturisme menite să

simuleze o coloană. Primul autoturism de pe contra-sens a fost poziționat la distanța de 5 m fata

de autovehiculul “sursa” (autovehiculul din care se efectuează măsurătorile), fiind distanța

optima pentru a simula fenomenul de ebluisare (orbire temporară), în timp ce restul

autovehiculelor au fost poziționate în coloană la distanta de 20 de m unul fata de celălalt.

O schemă sugestivă a modului de desfășurare a încercărilor experimentale este prezentată

în Fig. 3.3.

Fig. 3.3 Desfășurarea încercărilor experimentale pentru scenariul de testare 2

Pietonul a fost îmbrăcat succesiv în pantaloni cu diferite culori (negru, albastru, roșu si

galben), iar măsurătorile au fost făcute din autoturismul nr.1 (autovehiculul de culoare roșie de

pe schiță).

Măsurătorile s-au realizat pentru următoarele situații date:

Autovehiculul sursa având în funcțiune lumina de întâlnire,

Autovehiculul sursa având lumina de drum pusă în funcțiune,

Autovehiculul sursă , cât și cele aflate pe contra-sens, funcționând cu luminile de

întâlnire.

În autovehiculul “sursă” au fost montate 2 camere de luat vederi calibrate, astfel încât

acuratețea pozelor obținute să prezinte o vizibilitate precum cea percepută de ochiul uman.

Următorul pas a fost poziționarea pietonului la circa 0.5 m de acostamentul din partea

37

dreaptă a drumului. Pietonul s-a deplasat din 10 în 10 metri până la distanța de 100 de m de

autovehiculul “sursă” pentru a se efectua măsurători. La fiecare deplasare s-au utilizat diferite

culori de pantaloni pentru a se studia vizibilitatea acestora.

3.2.3. Analiza și procesarea datelor

Datele au fost procesate utilizând aceeași metodologie prezentată anterior, obținându-se

următoarele tabele. Tabelul 3.3 Valorile ΔLu obținute pentru cazul în care autovehiculul sursă avea lumina de întâlnire pusă în funcțiune

Distanța [m]

Negru [cd/m2]

Albastru [cd/m2]

Roșu [cd/m2]

Galben [cd/m2]

10 0.25 1.25 2.56 7.3

20 0.09 0.65 1.19 4.57

30 0.04 0.17 0.5 3.56

40 0.03 0.12 0.29 1.67

50 0 0.12 0.18 0.58

60 0 0.05 0.1 0.54

70 0 0 0.08 0.46

80 0 0 0.02 0.37

90 0 0 0 0.16

100 0 0 0 0.1

Tabelul 3.4. Valorile ΔLu obținute pentru cazul în care autovehiculul sursă avea lumina de drum pusă în funcțiune

Distanța [m]

Negru [cd/m2]

Albastru [cd/m2]

Roșu [cd/m2]

Galben [cd/m2]

10 0.74 2.19 4.57 5.36

20 0.2 1.82 2.98 5.36

30 0.04 0.66 1.27 4.53

40 0.03 0.56 1.06 4.37

50 0.02 0.39 0.69 3.1

60 0.01 0.31 0.46 3.1

70 0 0.13 0.38 1.69

80 0 0 0.26 1.41

90 0 0 0.25 1.34

100 0 0 0.14 0.91

Tabelul 3.5 Valorile ΔLu obținute în cazul în care autovehiculul avea lumina de întâlnire pusă în funcțiune iar de pe contra-sens

existau luminile de întâlnire ale autovehiculelor aflate in coloana

Distanța [m] Negru [cd/m2]

Albastru [cd/m2]

Roșu [cd/m2]

Galben [cd/m2]

10 0.36 0.86 2.16 6.6

20 0.14 0.46 1.08 6.58

30 0.13 0.07 0.41 3.57

40 0.03 0.06 0.21 1.76

50 0 0 0.17 0.95

60 0 0 0.15 0.76

70 0 0 0.07 0.48

80 0 0 0.04 0.17

90 0 0 0 0.16

100 0 0 0 0.1

A. Distanțele de vizibilitate pentru testul în care autovehiculul sursă utiliza luminile

de întâlnire-Test 1

Cu ajutorul acestor tabele s-au putut realiza diagramele privind vizibilitatea pietonului în

diferite condiții nocturne, astfel încât din Tabelul 3.3 a rezultat diagrama de vizibilitate a

pietonului în funcție de culoarea pantalonilor, pentru cazul în care singura sursă de lumina

existentă erau luminile de întâlnire a autovehiculului sursă. Diagrama rezultată din Tabelul 3.3

este prezentată în Fig. 3.4

38

Fig. 3.4 Diagrama de vizibilitate a pietonului în funcție de culorile pantalonilor pentru cazul în care autovehiculul sursă avea

pusă în funcțiune luminile de întâlnire

Se poate constata că cea mai mare vizibilitate o oferă culoarea galbenă, fiind vizibilă pe

toate distanțele analizate, prezentând o scădere treptată a vizibilității după valoarea de 50 de

metri, devenind slab vizibilă la distanța de 100 de metri.

B. Distanțele de vizibilitate în cazul în care autovehiculul sursă utilizează luminile

de drum- Test 2

Diagrama aferentă Tabelul 3.4 este prezentată în Fig. 3.5. care cuprinde date privind

vizibilitatea pietonului îmbrăcat în diferite culori.

Fig. 3.5 Diagrama distanțelor de vizibilitate a pietonului îmbrăcat cu pantaloni de diferite culori, pentru testul în care singura

sursă de lumină a fost lumina de drum a autovehiculului sursă

Și în acest caz, cele mai vizibile culori au fost cea galbenă respectiv cea roșie, prezentând

o vizibilitate sporită pe toate distanțele analizate.

Aceste culori sunt urmate de culoare albastră prezentând o vizibilitate sporită pe distanța

de 70 metri, ca după aceea să își piardă vizibilitatea.

C. Distanțele de vizibilitate a pietonului în cazul în care autovehiculul sursă

respectiv autovehiculele poziționate pe contra-sens în coloană utilizau luminile

de întâlnire – Test 3

Cu ajutorul Tabelul 3.5 s-a realizat diagrama distanțelor de vizibilitate pentru testul în

care toate autovehiculele participante la test aveau puse în funcțiune luminile de întâlnire

prezentată în Fig. 3.6. Acest caz reprezintă unul din cele mai comune cazuri întâlnite în circulația

urbană pe timp de noapte, în care conducătorii auto acuză vizibilitatea scăzută a pietonilor

datorită luminilor autovehiculelor aflate pe contra-sens.

39

Fig. 3.6 Diagrama distanțelor de vizibilitate a pietonului îmbrăcat în pantaloni de diferite culori, în cazul în care autovehiculele

participante la experiment aveau puse în funcțiune luminile de întâlnire.

Se poate observa că ierarhia vizibilității culorilor rămâne neschimbată, galbenul fiind cea

mai vizibilă culoare, cu o vizibilitate pe toate distanțele analizate până la 100 de metri, urmată de

culoarea roșie, cu o vizibilitate bună pe o distanță de 60 de metri, în timp ce la distanța de 70 de

metri se află la limita de vizibilitate. După distanța de 70 de metri, culoarea roșie nu mai este

vizibilă.

S-au putut observa modificări la culorile negru respectiv albastru, astfel, în cazul culorii

negre, vizibilitatea acesteia prezintă o creștere procentuală de 10% față de primele doua cazuri,

iar acest lucru se datorează fasciculelor de lumina transmise de autovehiculele aflate în coloană,

care luminează zona din vecinătatea pietonului, creând un contrast mai mare a acestuia cu mediul

înconjurător, astfel încât conducătorul auto poate distinge pietonul la distanțe mai mari. Pentru

culoarea albastra, vizibilitatea scade cu aproximativ 20% în momentul in care conducătorul auto

este aflat în fața unei coloane de mașini, iar valoarea contrastului acestei colori se afla chiar sub

valoarea contrastului corespondent culorii negre la distanța de 30 de m față de autovehiculul

sursă.

3.2.4. Determinare vitezelor de evitare a coliziunii în funcție de distanțele de vizibilitate

obținute

Determinarea vitezelor de evitare a coliziunii s-a realizat printr-un calcul analitic,

considerându-se două situații: pietonul se afla în repaus; pietonul se afla în mișcare, în aceeași

direcție de deplasare ca autovehicul. Ca și parametrii cunoscuți se consideră viteza finală a

autoturismului, considerată 0 la o distanță de siguranță de 0.5 metri de pieton, timpul de reacție

ai conducătorului auto de 0.8 secunde, respectiv timpul de intrare în funcțiune al sistemului de

frânare de 0.2 secunde, distanța de vizibilitate a pietonului pentru fiecare culoare în parte și

decelerația maximă a autovehiculului obținută pe asfalt. De asemenea, în cazul al doilea în care

pietonul se afla în mișcare, viteza acestuia s-a considerat constantă, având o valoare de 6 km/h,

valoare tipică pentru deplasarea unui pieton în vârsta de 40 de ani (Gaiginschi 2009).

Aceste valori ale timpilor de reacție respectiv timpului de întârziere a sistemului de

frânare sunt valori standard, determinate prin studii experimentale de-a lungul anilor (DSD

2015).

Vitezele de evitare a coliziunii cu pietonul au fost determinate în cazurile în care

distanțele maxime de vizibilitate a pietonului au fost cele mai reduse (cazul în care autovehiculul

sursă a utilizat lumina de întâlnire, respectiv testul în care atât autovehiculul sursă cât și

autovehiculele aflate în coloană utilizau luminile de întâlnire).

Distanța de frânare poate fi împărțită după cum urmează:

SR – distanța parcursă de autovehicul în timpul de reacție al conducătorului auto. Se

consideră ca autovehiculul circulă cu viteză constantă pe această distanță.

SL – Distanța parcursă de autovehicul în timpul de întârziere la intrarea în funcțiune a

sistemului de frânare. Pe această distanță, autovehiculul se află într-o mișcare decelerată, cu o

decelerație egală cu jumătatea valorii maxime a decelerației impuse.

40

Sb – Distanța parcursă de autovehicul în frânare efectivă cu decelerația maximă.

Distanța totală de frânare are expresia: .bLRt SSSS 3.1

Valoarea decelerației maxime obținută de un autoturism în timpul frânării este dată de

expresia (Jazar 2013): .gab 3.2

Unde µ reprezintă coeficientul de frecare al anvelopei cu solul, având o valoare de 0.8

pentru asfalt nou uscat iar g=9.81 m/2 reprezentând valoarea accelerației gravitaționale.

Parametrii cinematici care influențează cele trei faze ale frânării sunt sintetizați într-o

schemă sugestivă prezentată în Fig. 3.7.

Fig. 3.7 Parametrii cinematici determinanți în stabilirea spațiului de frânare a autoturismului

unde:

Vav- Viteza de evitare,

VR – Viteza autovehiculului în urma timpului de reacție (se consideră egală cu viteza de evitare

datorită mișcării uniforme a autovehiculului în timpul de reacție al conducătorului auto),

Vl – Viteza la sfârșitul fazei de întârziere mecanică a sistemului de frânare.

Pentru acest calcul valoarea St este considerată distanța de vizibilitate determinată pe

cale experimentală, în cadrul celor de-al doilea set de teste, în care analiza s-a făcut pe membrele

inferioare ale pietonului.

Distanța totală de frânare St în funcție de viteza de evitare are următoarea relație

(Gaiginschi 2009):

g

gtV

g

gtVVtVS lavlavav

ravt

2

)5.0()5.0( 222

3.3

Astfel, cunoscându-se distanța totală ca fiind distanța de vizibilitate pentru fiecare culoare

în parte, s-a rezolvat ecuația de gradul doi. Acest calcul s-a realizat cu ajutorul programului

Mathcad, iar exemplul de rezolvare ce urmează a fi prezentat are ca parametrul de intrare

distanța de vizibilitate a pietonului îmbrăcat în culoarea neagră (St = 19.5 m).

hkmsmVav /43/93.11 3.4

Cunoscând faptul că autovehiculul se deplasează cu viteza constantă în secvența aferentă

timpului de reacție, viteza Vr = 11.93 m/s. Următorul pas a fost determinarea distanțelor de

frânare pentru fiecare secvență în parte :

,544.9 mtVS rrr 3.5

,464.2

2

2

mt

atVS lllrl

3.6

.492.7 mSSSS rltb 3.7

Timpul de frânare efectivă, tb poate fi scris sub forma:

41

.42.1 s

a

Vt

b

bb

3.8

Cunoscând timpii scurși pentru fiecare fază, se poate determina timpul total de frânare(tt): .42.2 stttt blrt 3.9

Considerând ca pietonul se află într-o mișcare rectilinie uniformă, cu o viteză de 6 km/h

(Vp =1.6 m/s = 6 km/h), pe aceeași direcție cu direcția de deplasare a autovehiculului, în acest

timp, parcurge un spațiu de: .017.4 mVtS ptp 3.10

Datorită mișcării pietonului, spațiul total de oprire a autovehiculului astfel încât

coliziunea să nu aibă loc este mai mare cu 4 metri decât valoarea determinată anterior,

modificându-se astfel și valoarea vitezei de evitare a coliziunii cu pietonul. Astfel se va nota cu

Smaxim, spațiul total de oprire în cazul în care pietonul se află într-o mișcare rectilinie uniformă, și

are următoarea relație: .517.23max mSSS ptim 3.11

Înlocuind Smaxim în relația 3.3, se va determina viteza de evitare a coliziunii în cazul în

care pietonul se află în mișcare obținând: ./48/54.13

maxhkmsmV

imav 3.12

În mod analog, s-a refăcut calculul prezentat anterior, conducând la valorile vitezelor de

evitare pentru fiecare culoare în parte, în cazurile în care pietonul era în repaus respectiv în

mișcare.

Valorile vitezelor de evitare determinate pentru testele analizate sunt sintetizate în

Tabelul 3.6. Tabelul 3.6 Vitezele de evitare a coliziunii în funcție de culorile pantalonilor pentru fiecare test analizat

Pietonul în repaus Pietonul în mișcare

Viteza de evitare a coliziunii Viteza de evitare a coliziunii

Culoare pantaloni Negru Albastru Roșu Galben Negru Albastru Roșu Galben

Testul 1- autovehiculul sursă

cu luminile de întâlnire pornite

43 km/h 78 km/h 96

km/h 119 km/h 48 km/h 84 km/h

102 km/h

125 km/h

Testul 3 - autovehiculul sursă

respectiv autovehiculele de pe contra-sens cu

luminile de întâlnire pornite

56 km/h 68 km/h 96

km/h 119 km/h 62 km/h 74 km/h

102 km/h

125 km/h

3.3. Concluzii În urma analizei datelor experimentale se constată că vizibilitatea pietonilor aflați pe

partea carosabilă este influențată de culoarea echipamentului vestimentar și de condițiile de

iluminare a mediului înconjurător, în cazul de față reprezentată de circulația autovehiculelor din

sens opus. Vizibilitatea nocturnă reprezintă un fenomen complex, care este influențat de mai

mulți factori. Prin metode experimentale, în acest studiu s-a subliniat importanța culorii

articolelor vestimentare utilizate de pieton și cum acestea influențează distanțele de vizibilitate.

În urma analizei datelor obținute se pot trage următoarele concluzii:

Vesta reflectorizantă reprezintă un accesoriu care sporește vizibilitatea pietonilor

exponențial, oferind valori ale luminanței respectiv contrastului foarte ridicate.

Aceasta nu trebuie să lipsească pietonilor în timpul deplasării acestora în condiții

nocturne, chiar și în zone bine iluminate.

Este recomandat ca pietonii să utilizeze articole vestimentare deschise la culoare,

care pot să creeze un contrast cu mediul înconjurător, astfel devenind mai ușor de

perceput de către conducătorii auto.

42

În urma analizei comparative a valorilor contrastului obținut între scenariul de

testare 1 cu scenariul de testare 2, s-a constatat că valoarea contrastului este

simțitor mai mare la nivelul membrelor inferioare decât în zona superioară a

toracelui.

Distanțele de vizibilitate cresc procentual cu o valoare de 30% pentru culoarea

galbenă, în cazul în care analiza vizibilității se face la nivelul membrelor

inferioare, iar autovehiculul circulă cu luminile de întâlnire.

Pietonii îmbrăcați în culoarea neagră pe timpul nopții reprezintă un pericol pentru

conducătorii auto, aceștia fiind vizibili la distanțe foarte mici.

Conform vitezelor de evitare determinate în Tabelul 3.6, pietonii care se află în

stare de repaus pe carosabil, îmbrăcați în culoarea neagră nu pot fi evitați de către

un conducător auto, care circulă cu viteză legală prin localitate, datorită

vizibilității reduse a acestora.

Distanțele de vizibilitate a pietonului în condițiile date, pe un tronson de drum în

aliniament, fără iluminare stradală, cu carosabil de culoare închisă, în funcție de culoarea

articolelor vestimentare sunt sintetizate în Fig. 3.8.

Fig. 3.8 Distanțele maxime de vizibilitate a pietonului în diferite condiții de testare

43

4. Modelarea matematică a coliziunii autovehicul-pieton

4.1. Principiile mecanicii Lagrangiene Acest principiu se bazează pe energiile cinetice și potențiale ale sistemelor, care trebuie

exprimate în coordonate generalizate. Ca orice sistem, sistemul multi-corp al pietonului,

respectiv sistemul autovehiculului este guvernat de aceste energii în momentul deplasării,

respectiv al coliziunii. Astfel ecuația generală a lui Lagrange poate fi scrisă în funcție de aceste

energii după cum urmează(Nicoara 2003, Luca 2007):

knc

kkk

Qq

V

q

T

q

T

dt

d

4.1

unde:

T- Energia cinetică a sistemului,

V- Energia potențială a sistemului,

Qknc – Forțele exterioare neconservatoare care acționează asupra sistemului,

q – coordonatele generalizate.

4.2. Obiectivele modelării matematice Pentru a determina gradul de vătămare al pietonului la nivelul capului strict în momentul

coliziunii acestuia cu autovehiculul s-au trasat următoarele obiective ale modelării matematice:

Determinarea parametrilor vitezei, respectiv deplasării capului pietonului

în momentul coliziunii cu autovehiculul,

Determinarea variației vitezei autovehiculului în momentul coliziunii cu

pietonul,

Determinarea spațiului parcurs de autovehicul în momentul coliziunii.

Astfel, pentru a atinge aceste obiective trasate s-a realizat proiectarea unui sistem

simplificat din două corpuri, care este menit să simuleze mișcarea pietonului, respectiv un sistem

monocorp, care reprezintă autovehiculul. Pentru validarea acestui model s-au utilizat datele unui

test din cadrul cercetării experimentale.

4.3. Modelarea matematică a sistemului proiectat Pentru modelarea matematică s-au utilizat sistemul simplificat din următoarea figură,

fiind format din trei corpuri rigide care intră în coliziune. Primul corp de masă m1 reprezintă

autovehiculul, corpul de masă m2 reprezintă capul pietonului, în timp ce corpul de masă m3

reprezintă toracele acestuia. Corpurile 2 și 3 sunt legate printr-o cuplă de rotație.

Fig. 4.1 Schema modelului matematic

Acest sistem proiectat se bazează pe următoarele ipoteze:

Masele corpurilor 1 și 3 sunt concentrate în centrele de greutate.

Analiza se face strict în momentul în care pietonul ajunge în poziția de impact.

Arcul corespondent corpurilor 1-2 acționează strict pe direcția X, în timp ce arcul dintre

corpul 1 și corpul 3 acționează strict pe direcția Z.

44

Centrul de coordonate al sistemului XOZ este poziționat în centrul de masă al

autovehiculului (m1).

Autovehiculul este decelerat în momentul coliziunii.

Notațiile utilizate sunt următoarele:

x – deplsările corpurilor de-a lungul axei X

z – deplasările corupurilor de-a lungul axei Z

V – vitezele autovehiculelor

d – înălțimea profilului frontal al autovehiculului

Ff1 – Forța de frânare a autovehiculului

Ff2 – Forța de frecare dintre autovehicul și pieton

k1,2 – coeficienți de rigiditate între corupurile 1, respectiv 2

k23 – coeficientul de rigiditate descris de articulația de rotație utilizată între corpul 2 și 3

Θ – unghiul descris de mișcarea relativă a corpului 2 față de corpul 3

l2 – lungimea corpului 2

m1, m2, m3 – masele corpurilor 1, 2 și 3

Energia cinetică a sistemului poate fi scrisă sub forma:

).(2

3

4)sincos([

2

1

2

2

3

2

3

22

22222

2

2

2

22

2

11

zxmlm

xzlzxmxm

T

4.2

Iar energia potențială a sistemelor are următoarea relație

.)(2

1

2

1)(

2

132sin

2

2

33

2

23

2

1223222 dzkkxxkgzmgzmglm

V 4.3

Coordonatele generalizate ale ecuației lui Lagrange în cazul de față sunt:

q = x1, x2, y2, y3, Θ.

Prin aplicarea ecuației lui Lagrange (4.1)în funcție de aceste coordonate se vor obține 5

ecuații generale de mișcare ale corpurilor:

,

)1(

)()(

11

211221

1

xm

xxxkFFx

ff

4.4

,

)1)(sin2(2

1

)(

222

12221

2

xlm

xxxkFx

f

4.5

,

)1)(cos2(2

1

2

222

22

zlm

zgmz

4.6

,

)1(

)]([

33

33333

zm

dzkgmzz

4.7

.

)62

cossin()6

1(2

)sincos(

cos

222222

2

2

22222

2322

llxzlm

mlxzlm

kglm

4.8

Acest sistem de 5 ecuații diferențiale de ordinul 2 se poate rezolva prin metoda Runge-

Kutta, obținând un sistem de 10 ecuații diferențiale de ordinul 1.

Rezolvarea sistemului s-a realizat în programul Matlab 2014, cu ajutorul funcției

ODE4521 (Mathworks , Breaz 2013).

4.4. Datele de intrare ale modelului teoretic. Limitările modelului Parametrii de intrare ai sistemului sunt reprezentanți de constantele acestuia care au fost

definite ca variabile globale în cadrul programului Matlab, respectiv condițiile inițiale. Aceste

date de intrare sunt prezentate în tabelul următor.

21 ODE – Ordinary Differential Equations

45

Tabelul 4.1 Parametrii sistemului

Constantele sistemului Simbol Unitatea de măsură

Masa autovehiculului m1 kg

Masele corpurilor care definesc pietonul m2,m3 kg

Constantele de rigiditate care definesc contactul dintre autovehicul și pieton k1,k2,k23 N/m

Forțele ce acționează asupra autovehiculului respectiv pietonului Ff1,Ff2 N

Înălțimea profilului frontal al autovehiculului d m

Lungimea corpului 2 (capului) l2 m

Condițiile inițiale ale sistemului

deplasarea autovehiculului x1 inițial m

Viteza autovehiculului inițial m/s

Deplasarea capului pietonului pe direcția X x2 inițial m

Viteza capului pietonului pe direcția X inițial m/s

Deplasarea capului pietonului pe direcția Z z2 inițial m

Viteza capului pietonului pe direcția Z inițial m/s

Deplasarea toracelui pietonului pe direcția X x3 inițial m

Viteza capului pietonului pe direcția X inițial m/s

Deplasarea toracelui pietonului pe direcția Z z3 inițial m

Viteza capului pietonului pe direcția Z inițial m/s

Unghiul descris de mișcarea capului în raport cu toracele Θ inițial rad

Viteza unghiulară a capului inițial

rad/s

În urma rezolvării sistemului se vor obține următoarele valori:

Tabelul 4.2 Rezultatele obținute în urma modelării matematice

Rezultatele modelului teoretic Simbol Unitatea de măsură

Deplasarea autovehiculului x1= f(t) m

Viteza autovehiculului = f(t) m/s

Deplasările capului pietonului x2,y2= f(t) m

Vitezele capului pietonului , , = f(t) m/s

Deplasările toracelui pietonului x3,y3 = f(t) m

Vitezele toracelui pietonului , = f(t) m/s

Unghiul relativ? descris de cap și torace Θ = f(t) rad

Viteza unghiulară a capului = f(t)

rad/s

În urma rezolvării sistemului de ecuații prin metoda Runge Kutta, se vor putea obține

valorile descrise în tabelul anterior, iar pentru a determina valoarea vitezei rezultante de la

nivelul capului pietonului se va aplica următoarea formulă:

.2

2

2

22

yxV rez 4.9

Limitările modelului:

O limitare importantă a acestui model este aceea că este un model bidimensional, care nu

ia în considerare mișcările care pot apărea de-a lungul axei Y,

Modelul poate determina parametrii vitezelor, respectiv deplasărilor ce apar strict în

momentul coliziunii,

Nu ia în considerarea eventuala mișcare a membrelor inferioare sau superioare, astfel că

cinematica mișcării nu poate fi influențată de acestea,

Resorturile acționează doar pe direcția impusă (X pentru cap Z pentru torace),

Oscilațiile care pot apărea datorită mișcării de tangaj a autovehiculului sunt ignorate,

Eventualele mișcări ale corpului de-a lungul axei Y nu sunt luate în considerare.

46

5. Metodica cercetării experimentale Pentru validarea modelului matematic au fost necesare realizarea unor teste

experimentale, realizate la scară 1:1, astfel încât să se poată realiza o analiză comparativă între

datele teoretice și datele obținute pe cale experimentală.

5.1. Stabilirea obiectivelor testelor experimentale Cea mai bună cale de a studia cinematica pietonului în timpul coliziunii prin prisma

criteriilor de vătămare este pe cale experimentală. Cu toate că la nivel European evaluările

privind nivelele de vătămare se realizează prin așa numitele teste ale componentelor, în

experimentele necesare validării datelor teoretice s-au realizat testele la scară 1:1, utilizând un

DAT.

Obiectivele testelor experimentale sunt:

Achiziția datelor privind parametrii cinematici ai pietonului,

Achiziția datelor necesare validării modelului matematic realizat,

Stabilirea cinematicii pietonului din timpul coliziunii și încadrarea acesteia în

clasificarea accidentelor de tip autovehicul-pieton,

Determinarea distanțelor de aruncare (proiectare a pietonului),

Determinarea severității leziunilor ce pot apărea la nivelul capului în urma

coliziunii.

5.2. Stabilirea desfășurării testelor experimentale

5.2.1. Fixarea programului de încercări experimentale

Testele experimentale s-au desfășurat de-a lungul a 4 zile de testare, efectuându-se teste

cu diferite configurații. Pentru aceste teste s-au utilizat 3 autovehicule cu profiluri frontale

diferite, ce au avut ca scop determinarea influenței acestora asupra nivelului de vătămare ce

apare la nivelul capului pietonului.

În cadrul acestui sub-capitol este prezentat în detaliu programul testelor experimentale în

detaliu.

5.2.2. Descrierea scenariilor de coliziune

Configurațiile celor 5 teste au fost următoarele:

A. Testul 1 - Viteza de coliziune de 17 km/h.

B. Testul 2 – Viteza de coliziune de 29 km/h – condiții de testare identice cu testul 1

C. Testul 3 – Viteza de coliziune de 29 km/h – condiții de testare identice cu testul 1

și 2 dar cu vehiculul 2

D. Testul 4 – Viteza de coliziune de 37 km/h – Suprapunere de 50% între

autovehicul și pieton – s-a utilizat vehiculul 3

E. Testul 5 – Viteza de coliziune de 33 km/h – Vehiculul 3 a fost frânat cu întârziere

5.3. Pregătirea testelor experimentale

5.3.1. Pregătirea dispozitivului antropometric de testare

DAT-ul este unul din cele mai importante dispozitive pentru realizarea testelor

experimentale, datorită faptului că analiza ce urmează a fi făcută privind comportamentul

pietonilor în timpul coliziunii se va face pe acesta.

Astfel s-au efectuat următoarele operații în vederea efectuării testelor experimentale:

Cântărirea și etalonarea dispozitivului.

Montarea unui dispozitiv de achiziție a datelor în interiorul toracelui.

Montarea unui accelerometru tri-axial în centrul de greutate al capului

dispozitivului

Verificarea cablurilor aferente dispozitivelor de înregistrare a datelor

47

Introducerea unui sistem de prindere a capului de torace adițional, astfel încât în

momentul coliziunii să nu existe riscul ca toracele să se desprindă de cap, fapt ce

ar conduce la ruperea cablului dintre accelerometru și aparatul de achiziție a

datelor.

Amplasarea unor repere pe manechin astfel încât zonele de interes (capul,

toracele) să poată să fie monitorizate mai ușor în analiza video.

Construcția unui dispozitiv de susținere a DAT astfel încât acesta să rămână în

poziția verticală până în momentul impactului.

Aceste etape sunt descrise în detaliu în cadrul acestui sub-capitol în teză.

5.3.2. Pregătirea aparaturii necesară achiziționării datelor

A. GPS DS5 (Covaciu 2010, Popa 2013)

Acest dispozitiv a avut ca rol înregistrarea datelor privind evoluția vitezei autovehiculului

de-a lungul testelor experimentale și cu ajutorul căruia s-au stabilit vitezele de coliziune dintre

autovehicul și pieton.

GPS-ul DS5 este compus din două elemente importante: programul, respectiv

echipamentul fizic. Partea hardware conține un receptor GPS, un calculator de mici dimensiuni și

o interfață de conectare care poartă numele de RS232-USB. Achiziția și înregistrarea datelor se

stochează în fișiere .TXT.

Cu ajutorul acestui dispozitiv s-au putut extrage date privind timpul, viteza, și

coordonatele vehiculului.

B. Dispozitivul PIC DAQ5 (DSD)

Acest dispozitiv a fost dezvoltat de DSD Austria și are ca rol înregistrarea parametrilor

privind accelerația, viteza, viteza unghiulară și poziția. Dispozitivul suportă senzor tri-axial

extern, fiind capabil să înregistreze date externe privind accelerația. Acest senzor a fost montat în

centrul de greutate al capului DAT-ului, măsurând astfel parametrul accelerației capului pe

parcursul testelor experimentale.

Un mare avantaj oferit de acest dispozitiv este faptul că nu se bazează pe o sursă externă

de energie, ci funcționează cu ajutorul bateriilor, fiind astfel un dispozitiv mobil, foarte ușor de

utilizat.

Fișa tehnică a acestui dispozitiv este prezentată în Anexa 2.

C. Aparatura de înregistrare foto-video

C1. Camera de mare viteză Hi-Spec5 (FASTECIMAGING)

Acest dispozitiv este un dispozitiv de înregistrare video de mare viteză, fiind capabil să

înregistreze un video la peste 1400 de cadre pe secundă. Camera a fost necesară filmării

impactului, care are loc într-un interval de timp foarte scurt, timp în care ochiul uman nu este

capabil să perceapă în detaliu fenomenul de impact.

Pentru o stabilire cât mai corectă a cinematicii pietonului din timpul coliziunii, a fost

necesară utilizarea acestei camere, focusată pe zona de coliziune a autovehiculului cu pietonul.

Detalii suplimentare despre acest dispozitiv utilizat se găsesc în Anexa 3

C2. Casio Exilim EX-F1 (CASIO)

Această camera a fost utilizată ca și cameră secundară de mare viteză, fiind capabilă să

înregistreze până la 1200 de cadre pe secunde, dar cu o rezoluție mult mai redusă în comparație

cu Hi-Spec5. Spre deosebire de camera Hi-Spec, această cameră este capabilă să înregistreze și

imaginile foto, cu o rezoluție de 2816 x 2112 pixeli.

Acest dispozitiv a fost poziționat lângă camera primară Hi-Spec, înregistrând și partea de

mișcare din faza post impact.

Fișa tehnică a dispozitivului este prezentată în Anexa 4

C3. Drona DJI Phantom 3 (DJI)

Acest dispozitiv este capabil să realizeze fotografii și înregistrări video aeriene, fiind

utilizată în cadrul testelor de coliziune pentru a înregistra video coliziunea și pentru o

determinare mai ușoară a distanțelor de proiectare a pietonului prin prelucrare video.

48

Specificațiile tehnice ale acestei drone se găsesc în Anexa 5.

C4. Camera Fujifilm XT-1 (Fujifilm)

Acest dispozitiv a fost utilizat ca o cameră foto, cu ajutorul căreia s-au realizat fotografii

de ansamblu și de detaliu a autovehiculelor, respectiv a DAT înainte de efectuarea testului

experimental și după efectuarea acestuia.

Detalii privind specificațiile tehnice ale camerei sunt prezentate în Anexa 6.

5.3.3. Pregătirea poligonului de încercări

Următorul pas necesar pregătirii testelor experimentale a fost pregătirea poligonului de

testare. Testele de coliziune s-au desfășurat în parcarea Institutului de Cercetare Dezvoltare

Inovare Produse High Tech pentru Dezvoltare Durabilă din Brașov.

Pentru ca testele de coliziune să se desfășoare în condiții de siguranță, poligonul de

încercări a fost delimitat cu o bandă de separare. Modul în care a fost delimitat poligonul de

încercări este prezentat în Fig. 5.1.

Fig. 5.1 Modul de delimitare al poligonului de încercări

De asemenea, pentru a măsura cu ușurință parametrii de interes, s-au efectuat marcaje pe

asfalt referitoare la poziția și unghiul de impact, astfel încât să se poată determina alți parametrii

importanți pe baza probelor video. Marcajele sunt prezentat în Fig. 5.2.

Fig. 5.2 Marcajele efectuate pe poligonul de încercări

5.4. Desfășurarea testelor experimentale Testele experimentale s-au desfășurat utilizându-se următoarea metodologie:

Poziționarea pietonului conform unghiului de impact stabilit.

Poziționarea autovehiculului pe traiectoria pietonului.

Verificarea funcționării aparaturii de înregistrare.

Pornirea aparaturii de înregistrare.

Accelerarea autovehiculului până la viteza stabilită de 17 km/h și impactarea

pietonului cu zona farului din dreapta.

Frânarea acestuia în urma impactului cu pietonul.

49

Efectuarea fotografiilor de ansamblu și de detaliu a autovehiculelor.

Marcarea pozițiilor finale ale autovehiculului, respectiv DAT-ului.

Debarasarea poligonului de încercări în vederea efectuării următoarelor teste.

Parametrii de interes au fost:

Accelerația/decelerația pietonului la nivelul capului.

Viteza pietonului la nivelul capului.

Distanța de proiectare a pietonului.

Deplasarea pietonului în timpul coliziunii

5.4.1. Desfășurarea testului experimental 1

Configurația testului este prezentată în Fig. 5.3.

Fig. 5.3 Descrierea testului 1

În urma desfășurării primului test experimental s-au distins următoarele faze privind

cinematica impactului:

Faza 1 : Contactul dintre bara față (bara parașoc) a autoturismului și membrul inferior

drept al pietonului.

Faza 2: Ridicarea pietonului pe capota autovehiculului – în urma contactului cu bara

autovehiculului sub centrul de masă al pietonului, se imprimă o mișcare de rotație

pietonului în jurul axei Y, ridicându-l pe capotă.

Faza 3: Intrarea în contact al toracelui și al capului cu capota autovehiculului.

Faza 4: Faza de aterizare a pietonului – faza în care acesta cade pe sol și ajunge în poziția

finală.

Fazele de coliziune sunt prezentate în Fig. 5.4. Se poate observa că tipul de impact este

prin ”înfășurare”, iar din fazele coliziunii lipsește faza de zbor. Această faza nu apare deoarece

frânarea autovehiculului nu este bruscă, iar viteza de coliziune este mică. Astfel, faza de zbor cu

faza de aterizare (contact cu solul) coincid în acest caz particular.

Fig. 5.4 Fazele coliziunii

50


Schema privind configurația coliziunii dintre auto1 și pieton în scenariul de testare 2 este

prezentată în Fig. 5.5.

Fig. 5.5 Configurația de coliziune pentru scenariul de testare 2

În urma desfășurării testului numărul doi se disting următoarele faze ale cinematicii

pietonului din timpul coliziunii:

Faza 1 : Contactul dintre bara parașoc a autoturismului și membrul inferior drept

al pietonului.

Faza 2: Ridicarea pietonului pe capota autovehiculului – în urma contactului cu

bara autovehiculului sub centrul de masă al pietonului, se imprimă o mișcare de

rotație pietonului în jurul axei laterale, ridicându-l pe capotă.

Faza 3: Intrarea în contact al toracelui și al capului cu capota autovehiculului.

Faza 4: Faza de zbor a pietonului.

Faza 5: Faza de aterizare a pietonului – faza în care acesta cade pe sol și ajunge în

poziția finală.

Fazele impactului sunt prezentat în Fig. 5.6.Se poate observa că în acest caz apare o fază

suplimentară în comparație cu primul test, și anume faza de zbor al pietonului, care se datorează

vitezei de impact mai ridicate și totodată unei frânări mai violente din faza post-impact a

autovehiculului.

Fig. 5.6 Fazele coliziunii pentru scenariul de testare 2

Din punct de vedere al clasificării realizate în capitolul 1 și acest tip de impact poate fi

încadrat ca impact prin ”înfășurare”, în care pietonului i se imprimă o mișcare de rotație în jurul

axei laterale (Y), conducând la o înfășurare a acestuia pe capota autovehiculului


Acest test a avut loc în ziua 2, în jurul orei 13:03, utilizându-se autovehiculul 2, cu scopul

de a determina influența profilului frontal în aceleași condiții de testare.

O schiță a configurației testului de coliziune numărul trei este prezentată în Fig. 5.7.

51

Fig. 5.7 Configurația testului de coliziune 3

În urma desfășurării testului experimental și analizei video a acestuia se pot distinge

următoarele faze ale coliziunii:


al pietonului.



rotație pietonului în jurul axei laterale, ridicându-l pe capotă .

Faza 3: Intrarea în contact capului cu baza parbrizului respectiv al toracelui cu

capota autovehiculului.

Faza 4: Faza de zbor a pietonului.


poziția finală.

Fazele cinematicii pietonului din timpul coliziunii sunt prezentate în Fig. 5.8. Din punct

de vedere al clasificării, și în acest caz impactul este prin ”înfășurare” datorită fazelor 2 și 3.

Fig. 5.8 Fazele cinematicii pietonului pentru testul 3

Analizând comparativ testul 2 cu testul 3, se poate observa că cinematica pietonului în

primele trei faze este asemănătoare, singura diferență apare la locul de contact al capului cu

autovehiculul. Diferențe majore apar între fazele 4 și 5 ale celor două teste, unde faza de zbor

(faza 4) a pietonului este mult mai puternică în cazul primului test, ceea ce conduce la o aterizare

mai violentă. Se poate observa că în testul trei design-ul profilului frontal al autovehiculului îi

oferă pietonului o coborâre lină pe suprafața acestuia.


Configurația coliziunii este reprezentată în schița din Fig. 5.9.

52

Fig. 5.9 Configurația de impact al testului de coliziune 4

În urma analizei probelor video realizate în urma testului de coliziune s-au observat

următoarele faze privind cinematica pietonului în timpul coliziunii:

Faza 1: Contactul primar dintre bara parașoc și piciorul stâng al pietonului,

Faza 2: Ridicarea parțială a pietonului pe capota autovehiculului,

Faza 3: Imprimarea unei mișcări de rotație în jurul axei verticale a pietonului

datorat impactului excentric față de coordonatele centrului de masă al pietonului

pe axa Y a acestuia,

Faza 4: Zborul pietonului,

Faza 5: Aterizarea pe sol a pietonului.

Cinematica pietonului din timpul testului experimental este prezentată în Fig. 5.10.

Fig. 5.10 Fazele cinematicii pietonului pentru testul 4

Spre deosebire de celelalte cazuri, din punct de vedere al clasificării putem discuta de un

impact în care pietonul este aruncat în lateralul autovehiculului. De asemenea, un element

important ce distinge acest impact de celelalte este faza de zbor a pietonului (Faza 4), fază care

se poate observa cu ușurință în acest caz deoarece aceasta se întinde pe o durată mai mare de

timp. Totodată faza 5 corespondentă impactului cu solul este foarte violentă, pietonul aterizând

cu fața spre sol, ceea ce ar putea conduce la leziuni grave la nivelul capului.


Ultimul test experimental s-a desfășurat în jurul orei 18:05, reprezentând un test similar

cu primele trei teste, care a avut ca scop influența profilului frontal al autovehiculului în

cinematica pietonului. Singurele modificări aduse față de primele trei teste au fost viteza de

coliziune, crescută peste pragul de 30 de km/h (33 km/h), și frânarea mult mai întârziată a

autovehiculului în urma coliziunii.

Schița privind configurația de impact al testului experimental numărul 5 este prezentată

în Fig. 5.11.

53

Fig. 5.11 Configurația de impact a scenariului de testare numărul 5

În ceea ce privește cinematica pietonului, datorită frânării întârziate a conducătorului

auto, aceasta suferă mici modificări, împărțindu-se în 6 faze:


al pietonului.



rotație pietonului în jurul axei laterale, ridicându-l pe capotă.

Faza 3: Intrarea în contact a toracelui și a capului cu capota autovehiculului.

Faza 4: Datorită lipsei decelerației pietonul se rostogolește printr-o mișcare

accelerată spre plafonul autovehiculului, intrând în contact cu acesta.

Faza 5: Alunecarea ușoară a pietonului de pe plafonul autovehiculului spre sol.


poziția finală.

Se poate observa că în acest caz faza de zbor lipsește, pietonul alunecând ușor de pe

plafonul autovehiculului spre sol, aterizând în prima fază în picioare.

Toate aceste 6 faze sunt sintetizate în următoarea figură (Fig. 5.12).

Fig. 5.12 Fazele cinematicii pietonului în timpul coliziunii 5

54

6. Achiziția, prelucrarea și analiza datelor experimentale

6.1. Achiziția datelor experimentale

6.1.1. Achiziția și prelucrarea datelor din testul experimentul 1

Datele extrase din aparatura autovehiculului (auto1)

Diagrama de viteză extrasă din GPS-ul montat pe autovehicul este prezentată în Fig. 6.1.

Fig. 6.1 Viteza auto1 în testul experimental 1

Pentru a obține diagrama de accelerație a autovehiculului, diagrama de viteză a

autovehiculului a fost transformată într-o diagramă de viteză cu unitatea de măsură în m/s (Fig.

6.1).

Se poate observa că, autovehiculul a avut o viteză maximă de 17 km/h în momentul

coliziunii.

Datele extrase din DAT

Parametrii de interes cu privire la pieton au fost accelerațiile la nivelul capului, respectiv

toracelui, care au fost extrase din programul dispozitivului de achiziție a datelor Pic DAQ.

Diagrama de accelerații la nivelul capului pietonului pentru testul 1 este prezentată în

Fig. 6.2. Analiza de detaliu asupra accelerației capului s-a făcut din momentul coliziunii până în

momentul de după impactul capului cu capota autoturismului.

Fig. 6.2 Diagrama de accelerații la nivelul capului pentru testul 1

Având în vedere că dispozitivul de înregistrare a datelor a fost setat la o frecvență de

achiziție de 10 kHZ, acestei diagrame i s-a aplicat un filtru CFC – 1000, conform SAE (Comm

2003).

Vârful de accelerație este obținut după 100 de milisecunde, având un vârf maxim de 55 g,

fiind produs de impactul capului cu capota autoturismului.

Diagrama de viteză la nivelul capului este expusă în Fig. 6.3.

55

Fig. 6.3 Viteza rezultantă la nivelul capului, testul 1

Viteza capului pietonului atinge valoarea maximă de 3.5 m/s după primele 100 de

milisecunde, vârf ce corespunde valorii maxime a accelerației obținute în diagrama anterioară

(Fig. 6.3). Se poate observa că valoarea vitezei nu scade brusc la fel ca cea a accelerației, iar

acest fapt se datorează mișcării ansamblului autovehicul-pieton.

Cu ajutorul dispozitivului amplasat în toracele dispozitivului antropometric de testare s-a

extras diagrama de accelerații pe cele trei axe a toracelui (Fig. 6.4).

Fig. 6.4 Diagrama de accelerații a toracelui, test 1

6.1.2. Achiziția și prelucrarea datelor din testul experimental 2

Date extrase din aparatura autovehiculului (auto1)

Cu ajutorul dispozitivului GPS montat pe autovehicul s-au extras datele privind variația

vitezei în funcție de timp a acestuia pe parcursul testul 2. Această diagramă este prezentată în

Fig. 6.5.

Fig. 6.5 Diagrama de viteză a autovehiculului

Viteza avută de autovehicul la impactul din testul 2 a fost de 28 km/h. Urmărind

diagrama, se constată o asemănare a acesteia cu testul 1, conducând la concluzia că nici în acest

caz conducătorul auto nu a frânat decât în faza de post-coliziune.

Datele extrase din DAT

În mod analog cu testul anterior, datele de interes ale accelerației capului sunt din

momentul impactului până după ce capul DAT-ului intră în contact cu capota autovehiculului.

Diagrama de accelerații este expusă în Fig. 6.6.

56

Fig. 6.6 Diagrama de accelerații pe cele 3 axe, la nivelul capului DAT-ului, Test 2.

Variația vitezei capului pietonului în timpul coliziunii dintre autovehicul și DAT a fost

extras cu ajutorul programului de analiză video Tracker și este prezentată în Fig. 6.7.

Fig. 6.7 Viteza capului DAT – Test 2

Cu ajutorul dispozitivului de achiziție a datelor montat în toracele DAT-ului s-a extras

diagrama de accelerații la nivelul toracelui (Fig. 6.8)

Fig. 6.8 Diagrama de accelerații la nivelul toracelui – Test 2


Datele achiziționate de pe autovehicul

Din dispozitivul GPS s-au extras datele cu ajutorul cărora s-a trasat diagrama de viteză a

autovehiculului, prezentată în Fig. 6.9.

57

Fig. 6.9 Diagrama de viteză a autovehiculului 2, măsurată în km/h – Test 3

Datele extrase din DAT În mod analog cu testele anterioare, s-a extras diagrama de accelerații la nivelul capului

DAT-ului, pe cele trei axe. Această diagramă este extrasă pe durata de timp cuprinsă între

contactul primar dintre autovehicul – pieton la nivelul membrelor inferioare și terminarea fazei

de contact dintre capul pietonului și autovehicul. Diagrama de accelerații este prezentată în Fig.

6.10.

Fig. 6.10 Diagrama de accelerații de la nivelul capului DAT – test 3

Un alt parametru de interes extras a fost evoluția vitezei capului în funcție de timpul scurs

de la începerea coliziunii până la terminarea acesteia. Diagrama vitezei capului este prezentată în

Fig. 6.11.

Fig. 6.11 Diagrama de viteză la nivelul capului DAT – Test 3

Ultimul parametru extras din aparatul de achiziție Pic DAQ a fost valoarea accelerațiilor

la nivelul toracelui (Fig. 6.12).

Fig. 6.12 Diagrama de accelerații de la nivelul toracelui – Test 3

58


Datele extrase din aparatura montată pe autovehicul (auto3)

Cu ajutorul dispozitivului GPS s-au extras datele referitoare la evoluția vitezei

autovehiculului în timpul desfășurării testului experimental. Aceste date au fost centralizate într-

un tabel EXCEL, cu ajutorul căruia s-a trasat curba vitezei autovehiculului în timpul testului

experimental. Curba vitezei măsurată în km/h este prezentată în Fig. 6.13.

Fig. 6.13 Diagrama de viteze a auto3, în cadrul experimentului 4

Derivând această curbă în funcție de timp în programul de operații matematice Origin s-a

extras curba accelerației autovehiculului, prezentată în Eroare! Fără sursă de referință..

Datele achiziționate din DAT

Primul parametru de mare interes extras de pe DAT este accelerația la nivelul capului.

Datele privind accelerația capului au fost extrase cu ajutorul software-ul dispozitivului de

achiziție, și au fost centralizate într-un tabel. Următorul pas a fost trasarea curbelor accelerațiilor

resimțite la nivelul capului DAT-ului, pe cele trei axe (Fig. 6.14)

Fig. 6.14 Diagrama de accelerații la nivelul capului DAT – Test 4

În acest caz, analiza accelerațiilor capului s-a făcut și în momentul căderii pe sol a DAT-

ului, observându-se pe probele video că această cădere a fost foarte violentă.

Un alt parametru esențial este viteza capului, a cărei diagrame este prezentată în Fig.

6.15.

Fig. 6.15 Diagrama de viteză la nivelul capului DAT – Test 4

Un ultim parametru extras cu ajutorul dispozitivului de achiziție a datelor a fost

accelerația resimțită la nivelul toracelui DAT-ului. Această diagramă este prezentată în Fig. 6.16.

59

Fig. 6.16 Diagrama de accelerații de la nivelul toracelui – Test 4


Datele achiziționate din aparatura montată pe autovehicul (auto3)

Cu ajutorul aparaturii GPS s-a extras variația vitezei autovehiculului în funcție de timp,

măsurată în km/h. Dispozitivul GPS permite importarea datelor dintr-un fișier TXT în Excel, de

unde s-au putut centraliza într-un tabel, cu ajutorul căruia s-a trasat diagrama de viteză,

prezentată în Fig. 6.17.

Fig. 6.17 Variația vitezei în funcție de timp – Test 5 (auto 3)

Datele achiziționate din DAT

Primul parametru de mare interes extras de pe dispozitivul de achiziție este accelerația la

nivelul capului. Diagrama accelerației la nivelul capului este prezentată în Fig. 6.18.

Fig. 6.18 Diagrama de accelerații la nivelul capului – Test 5

De această dată, timpul de analiză al acestei diagrame a fost mai mare ca de obicei, iar

acest lucru se datorează duratei de impact mai îndelungată în comparație cu celelalte teste,

datorită frânării foarte târzii a conducătorului auto.

Un alt parametru de interes îl reprezintă viteza capului, iar diagrama variației vitezei la

nivelul capului în funcție de timp pe parcursul coliziunii este prezentată în Fig. 6.19.

Fig. 6.19 Diagrama vitezei capului – Test 5

60

Ultimul parametru extras din aparatura cu care a fost instrumentat DAT-ul îl reprezintă

accelerația de la nivelul toracelui. Diagrama accelerației toracelui este prezentată în Fig. 6.20.

Fig. 6.20 Diagrama de Interpretarea datelor experimentale

6.2. Determinarea parametrilor necunoscuți pe baza datelor extrase Metodologia de prelucrare a datelor a fost aceeași pentru fiecare caz în parte, iar

principalii parametrii necunoscuți ce pot fi determinați cu ajutorul datelor obținute sunt:

Pentru Testele 1,2,4,5 :

o Distanțele parcurse de pieton în timpul coliziunii,

o Determinarea gradului de vătămare la nivelul capului cu ajutorul criteriului

HIC,

Pentru Testul 3

o Distanțele parcurse de pieton în timpul coliziunii,

o Determinarea gradului de vătămare la nivelul capului cu ajutorul criteriului

HIC,

Validarea modelului matematic prin analiza comparativă a diagramelor de viteză la nivelul

capului, de accelerație la nivelul capului, spațiului parcurs în timpul coliziunii de autovehicul

precum și pierderea de viteză a acestuia datorită impactului. Această analiză se va efectua strict

pe faza în care toracele intră în contact cu capota autoturismului, în timp ce capul lovește baza

parbrizului.

6.2.1. Determinarea distanțelor de proiectare a pietonului în urma coliziunii

Determinarea distanțelor de aruncare se va face pe baza probelor video înregistrate, fiind

împărțite în 2 lungimi:

D1 - Distanța parcursă de ansamblul auto-pieton.

D2 -Distanța din momentul desprinderii pietonului până în poziția finală.

A. Testul 1

Pentru a se determina distanțele dorite, s-au efectuat capturi ale ecranului în trei momente

cheie ale cinematicii pietonului:

Intrarea în contact a autovehiculului cu pietonul,

Desprinderea ansamblului auto-pieton,

Momentul în care pietonul se află în poziție finală.

Analiza fotografiilor este făcută cu ajutorul programului PC-Crash versiunea 10.2, prin

modulul de desenare. Primul pas a fost introducerea fotografiilor în program și scalarea acestora.

Această scalare s-a realizat cu ajutorul caroiajelor de pe autovehicule, a căror dimensiuni sunt

cunoscute.

Următorul pas a fost suprapunerea celor trei fotografii și creșterea nivelului de

transparență a acestora, astfel încât cele trei fotografii să fie încă vizibile.

Ultimul pas a fost măsurarea distanțelor dorite cu ajutorul instrumentului de măsurare

integrat în program.

Distanțele determinate sunt prezentate în Fig. 6.21.

61

Fig. 6.21 Determinarea distanței de aruncare pentru testul 1

Distanța totală de aruncare se determină prin însumarea celor două lungimi, iar în acest

caz este 2.58 m.

B. Testul 2

Metodologia de determinare a distanțelor de aruncare a pietonului este aceeași,

obținându-se în final fotografia prezentată în Fig. 6.22.

Fig. 6.22 Distanța de aruncare a pietonului în testul 2

Distanța totală de proiectare a pietonului obținută prin metodologia expusă este de 5.94

m.

C. Testul 3

Distanțele de interes au fost determinate prin aceeași metodă și sunt prezentate în Fig.

6.23.

Fig. 6.23 Distanța de aruncare a pietonului în testul 3

Însumând valorile celor două distanțe obținem o valoarea totală a distanței de aruncare a

pietonului de 5,16 m.

D. Testul 4

Distanța de aruncare a pietonului au fost determinate în mod analog cu celelalte teste, iar

fotografiile procesate sunt prezentate în Fig. 6.24.

Fig. 6.24 Distanța totală de aruncare pentru testul 4

Dacă în celelalte cazuri se poate observa că distanța parcursă de ansamblul auto-pieton

este semnificativ mai mare decât distanța parcursă de pieton după desprinderea de autovehicul,

în acest caz este viceversa. Acest fenomen se explică prin faptul că pietonul primește un moment

62

de rotație în jurul axei Z, datorită punctului de impact excentric față de centrul de masă al

pietonului (impactul primar are loc în piciorul stâng), iar desprinderea lui de autovehicul se face

mult mai repede.

În acest caz distanța totală de proiectare a pietonului este de 8.042 m.

E. Testul 5

I. Metodologia 1

În ultimul caz analizat, metodologia este aceeași cu testele anterioare, singura diferență

este reprezentată de unghiul de filmare. Datorită faptului că autovehiculul a frânat cu întârziere,

pietonul a ieșit din cadrul de filmare al camerei de mare viteză, astfel că nu se poate stabili cu

exactitate locul în care a căzut pietonul după impact.

Așadar, pentru analiza distanței de aruncare, în acest caz s-a utilizat filmarea din dronă.

Fotografia procesată a distanței de proiectare este prezentată în Fig. 6.25.

Fig. 6.25 Distanța de proiectare a pietonului pentru testul 5

Astfel distanța totală de aruncare a pietonului este de 16.234 m.

II. Metodologia 2

În acest caz, având o frânare întârziată a conducătorului auto, se poate aplica o a doua

metodă de determinare a distanțelor de proiectare a pietonului în funcție de viteza de coliziune.

Această metodă este prezentată în sub-capitolul 2.2.3. Aplicând metoda analitică prin eliminării

fazei a 4-a, datorită faptului că pietonul se desprinde de autovehicul de pe plafonul acestuia și nu

de pe lunetă, s-au considerat următorii parametrii de intrare:

V0 = 33 km/h – viteză extrasă de pe GPS-ul montat pe autovehicul

µ = 0.7 – valoare tipică pentru asfalt uscat (Sullenberger 2014, Stevenson 2006)

g= 9.81 m/s2

tp1 = 0.15 s –valoare extrasă de pe înregistrarea video

tp2 = 0.45 s – valoare extrasă de pe înregistrarea video

tp3 = 0.5 s – valoare extrasă de pe înregistrarea video

fp = 0.6 - valoare tipică utilizată în lucrarea (Zou 2016)

h = 1.5 – valoare măsurată cu ajutorul filmelor de mare viteză

Θ= 11◦ - valoare măsurată cu ajutorul filmelor de mare viteză înregistrate

α= 45◦ - valoare măsurată

β = 40◦ - valoare măsurată

tr = 1 s – valoare tipică pentru un timp de reacție normal (Gaiginschi 2009)

mv = 1050 kg – valoare măsurată

mp = 87 kg – valoare măsurată

Cs = 1.2 m – valoare măsurată

Obținând distanța totală de aruncare a pietonului Stotal = 16 m, având o eroare de 0.234 m

față de cea determinată prin prima metodă prezentată anterior.

Astfel validarea modelului analitic de aruncare a pietonului a fost validat atât prin

simulare, cât și prin testare experimentală.

Pentru a sintetiza distanțele de aruncare a pietonului în funcție de timpul determinat din

probele video s-a realizat o diagramă care este prezentată în Fig. 6.26

63

Fig. 6.26 Distanțele de aruncare a pietonului pentru fiecare test desfășurat

6.2.2. Determinarea gradului de vătămare al pietonului la nivelul capului prin prisma

criteriului de vătămare HIC

A. Testul 1

Pentru a determina criteriul de vătămare HIC15, diagrama de accelerații de la nivelul

capului a trebuit prelucrată, astfel încât să se obțină diagrama accelerației rezultante. Accelerația

rezultantă este prin definiție: .a 222

res zyx aaa 6.1

Astfel s-a obținut diagrama accelerațiilor rezultante la nivelul capului, prezentată în Fig.

6.27

Fig. 6.27 Diagrama de accelerații rezultante la nivelul capului, Test 1

Intervalul de timp pe care se va face analiza criteriului HIC este de 15 ms, astfel se va

determina HIC15, care are următoarea formulă:

172))(])(1

([2,1max15 12

5.2

2

112

1

ttdttatt

ttHIC

t

t

res

6.2

Pentru a realiza calcului HIC și diagrama aferentă acestuia, s-a realizat un mers de calcul

în programul Mathcad(INMATH).

B. Testul 2

Conform metodologiei prezentate anterior, s-a calculat criteriul HIC15.

1610))(])(1

([2,1max15 12

5.2

2

112

2

ttdttatt

ttHIC

t

t

res

6.3

C. Test 3

Conform metodologiei prezentate anterior, s-a calculat criteriul HIC15 pentru Testul 3.

1050))(])(

1([2,1max15 12

5.2

2

112

3

ttdttatt

ttHIC

t

t

res 6.4

64

D. Test 4

Utilizând aceeași metodologie de la testele anterioare, s-a determinat valorile criteriului

HIC15.

Având în vedere că în acest test avem vârfuri datorită impactului cu autovehiculul

respectiv vârfuri datorate impactului cu solul, analiza criteriului HIC se va face pe 2 zone:

Zona 1: HIC154-impact auto

Zona 2 : HIC154 – impact sol

,700))(])(

1([2,1max15 12

5.2

2

112

4

ttdttatt

ttHIC

t

t

resautoimpact

6.5

.4700))(])(

1([2,1max15 12

5.2

2

112

4

ttdttatt

ttHIC

t

t

ressolimpact 6.6

Valoarea mare la impactul cu solul se explică prin cele două vârfuri ale accelerației cu

valori foarte ridicate (t=0.935 s – t =1 s), generând o suprafață a graficului semnificativ mai mare

în comparație cu celelalte teste.

E. Test 5

În mod analog cu testele anterioare, s-a calculat criteriul HIC15.

.280))(])(1

([2,1max15 12

5.2

2

112

5

ttdttatt

ttHIC

t

t

res 6.7

F. Analiza comparativă a criteriilor de vătămare HIC15 obținute

Datele criteriilor HIC15 obținute au fost centralizate într-un tabel și s-a realizat diagrama

lor în funcție de timp. Această diagramă este prezentată în Fig. 6.28.

Fig. 6.28 Diagrama criteriilor HIC15 obținute pentru fiecare test în parte

Se poate observa că cel mai mare HIC obținut în momentul coliziunii dintre capul

pietonului și autovehicul a fost atins în testul 2, cu toate că viteza de coliziune nu a fost cea mai

mare viteză utilizată în testele experimentale. Unul din parametrii cei mai importanți ce

influențează acest criteriu de vătămare îl reprezintă profilul frontal al autoturismului. Un al

doilea parametru important care influențează gradul de vătămare al pietonului este viteza de

coliziune. Cel mai important parametru care influențează acest criteriu de vătămare îl reprezintă

profilul frontal al autovehiculului.

Prin transpunerea valorilor obținute în diagrama din Fig. 6.28 s-a determinat riscul de

producere a unei leziuni la nivelul creierului în funcție de criteriul HIC15. Diagrama procentuală

a acestui risc în funcție de fiecare test în parte este prezentată în Fig. 6.29.

Fig. 6.29 Riscul de leziune la nivelul creierului în funcție de fiecare test în parte

65

6.3. Analiza comparativă a datelor obținute experimental cu datele

obținute cu ajutorul modelării matematice Modelul matematic dezvoltat reprezintă un model simplificat al fenomenului de coliziune

dintre un autovehicul și pieton, fiind capabil să determine anumiți parametrii ai coliziunii. Pentru

a efectua o analiză comparativă între datele obținute experimental și modelul matematic, a fost

necesară rezolvarea numerică a modelului.

Așadar s-au utilizat următorii parametrii de intrare necesari rezolvării modelului:

Parametrii extrași din fișa tehnică a autovehiculelor respectiv din etalonarea DAT

m1 = 1200 kg; m2 = 6.1 kg; m3 = 80 kg; l2 = 0.2 m; d = 0.84 m

Parametrii determinați/adoptați

Coeficienții de rigiditate au fost adoptați conform lucrărilor realizate de Mizuno și Du

Bois care au testat comportamentul capului pietonului la interacțiunea cu diferite

materiale(Mizuno 2001, Du Bois 2006).

k2 = 2000 N/m; k23 = 0.5 N/m; k3 = 32000 N/m; NamFf 6000112 6.8

Unde a1 – decelerația autovehiculului extrasă din testul experimental 3 NNF toracecaroserief 2651 6.9

µcaroserie = 0.6 – valoare extrasă din manualul PC-Crash NgmNtorace 4413 6.10

Condițiile inițiale

Pentru a rezolva ecuațiile diferențiale s-au impus condițiile determinate pe baza testelor

experimentale. Astfel s-a ales pentru validare testul experimental 3, iar condițiile inițiale sunt

după cum urmează.

- Distanța de la COG a sistemului până la locația de impact de pe parbriz

- Viteza autovehiculului în momentul coliziunii

– Distanța la care se află capul față de centrul sistemului de coordonate

– Viteza capului pe axa X

– Poziția capului pe axa Y în momentul coliziunii

- Viteza capului pe axa Y în momentul coliziunii

- Poziția toracelui pe axa Y în momentul coliziunii

–Viteza toracelui pe axa Y în momentul coliziunii

– Unghiul dintre cap si torace

rad/s – Viteza unghiulară

Intervalul de timp pe care s-a făcut analiza a fost de 0.2 secunde

Diagramele obținute în urma rezolvării sistemului de ecuații diferențiale de ordinul 2 cu

ajutorul Matlab în comparație cu datele extrase pe cale experimentală sunt prezentate în figura

următoare (Fig. 6.30):

Fig. 6.30. Analiza comparativă a diagramelor obținute din modelarea matematică cu experiment

Se poate observa un grad ridicat de similitudine între curbele obținute în urma rezolvării

modelului teoretic și cele obținute pe cale experimentală. Diagrama corespondentă curbelor

obținute pe cale experimentală a fost extrasă strict pe intervalul în care toracele pietonului a

intrat în contact cu capota autovehiculului, iar capul pietonului intra în contact cu parbrizul

acestuia.

66

7. Determinarea parametrilor geometrici ai profilului frontal ai

autovehiculului care influențează accelerația la nivelul

capului în cazul accidentelor Este cunoscut faptul că zona capului pietonului reprezintă zona cea mai vulnerabilă a

acestuia, iar în cazul unui impact puternic cu autovehiculul, vătămarea acestei zone este foarte

probabilă (Longhitano 2005, Maki 2003a, Zhang 2008, Badea-Romero 2013).

În continuare se dorește să se determine cei mai importanți parametrii geometrici ce

influențează gradul de vătămare al capului în urma coliziunii cu pietonul, iar pe baza acestor

parametrii să se dezvolte un profil frontal ”prietenos” în cazul coliziunii.

7.1. Dezvoltarea unui pieton virtual similar cu cel utilizat în

experimente Dezvoltarea acestui model s-a făcut în programul PC-Crash, versiunea 11, prin

asamblarea unui sistem multi-corp având caracteristici constructive asemănătoare cu DAT-ul

utilizat în cadrul testelor experimentale. Acest software permite utilizatorului să simuleze diferite

tipuri de coliziuni, inclusiv impactul dintre un autovehicul și un sistem multi-corp virtual al

pietomului, calculând parametrii cinematici ai acestuia. Totodată, programul permite

utilizatorului să modifice diferiți parametri cum ar fi masa, forma vehiculelor și sistemelor multi-

corp. dar și parametrii de rigiditate ai acestora (DSD 2016) .

Primul pas în dezvoltarea acestui model a fost crearea corpurilor cu caracteristici

asemănătoare DAT-ului utilizat în testele experimentale. Aceste date au fost prezentate în partea

de Etalonare a DAT-ului în vederea testelor experimentale . Astfel s-au creat 20 de părți

componente ale sistemului multi-corp, inter-conectate cu diferite tipuri de articulații, conform

celor prezente în DAT. Numărul total de articulații este de 19, acestea fiind capabile să descrie

mișcarea corpului uman.

7.2. Simularea testelor experimentale utilizând sistemul multi-corp

dezvoltat Pentru a verifica validitatea acestui sistem, s-au realizat simulările testelor experimentale

2 și 3. Aceste teste experimentale prezintă caractere similare în ceea ce privește gradul de

suprapunere a pietonului asupra autovehiculului, unghiul de coliziune, viteza de coliziune și

caracteristicile de frânare a autovehiculului în urma coliziunii. În ambele teste autovehiculul a

fost frânat imediat după ce impactul a avut loc, în timp ce în ultimele două teste, frânarea

autovehiculului nu respectă același șablon de testare. De asemenea, datorită faptului că diferența

de viteză între primul test experimental și restul testelor este mare, nu se va realiza simularea

acestuia. Astfel, pentru a trage concluzii legate de geometria profilului frontal al autovehiculelor,

sunt necesare condiții de testare similare.

7.2.1. Simularea testului experimental 2

Pentru ca autovehiculul să aibă profilul frontal similar cu cel utilizat în test, s-a introdus

un fișier de tip „mesh” (reţea de triughiuri), disponibil în PC-Crash cu profilul frontal al

autovehiculului.

În urma simulării testului experimental s-a constatat că cinematica pietonului este

similară cu cinematica mișcării DAT-ului utilizat în cadrul testului experimental.

7.2.2. Simularea testului experimental 3

Pentru efectuarea simulării testului experimental 3, ca parametrii de intrare s-au introdus

valorile utilizate în cadrul testelor experimentale.

În mod analog cu prima simulare realizată, s-a importat un profil a autovehiculului de tip

mesh, astfel încât acesta să ofere o suprafață de contact dintre autovehicul și pieton asemănătoare

cu cea utilizată în testul experimental.

67

Analizând comparativ mișcarea obținută în urma simulării cu cea din cadrul

experimentului, s-au putut observa elemente comune ale cinematicii mișcării.

7.3. Validarea sistemului multi-corp virtual Pentru validarea sistemului virtual s-au urmărit ca parametrii privind accelerația liniară

respectiv cea unghiulară a capului, precum și distanțele de aruncare a pietonului să fie

asemănătoare cu cele obținute în cadrul experimentului.

În urma analizei diagramelor de accelerații unghiulare respectiv liniare obținute s-a

constatat că gradul de eroare între valorile obținute în urma simulării în comparație cu cele

obținute în testele experimentale au fost mici. De asemenea, distanțele de proiectare ale

pietonului au fost apropiate de cele obținute în urma testelor experimentale. Aceste diagrame

sunt prezentate și discutate în detaliu în cadrul tezei de doctorat.

7.4. Aspecte privind proiectarea și importarea profilurilor frontale

utilizate în cadrul studiului În vederea realizării studiului privind parametrii determinanți care influențează

accelerațiile la nivelul capului pietonului s-au modificat , din punct de vedere al profilului

frontal, autovehicule din diferite clase, conform clasificării autovehiculelor realizată de NHTSA.

Metodologia de testare a profilurilor frontale a autovehiculului este prezentată în Fig. 7.1.

Fig. 7.1. Metodologia de testare a profilurilor frontale a autovehiculelor

Proiectarea autovehiculelor 3D a fost realizată în cadrul programului Autodesk Inventor

2013, iar simularea impactului cu pietonul utilizând aceste profiluri a fost realizat în programul

PC-Crash 11. Testarea profilurilor modificate cu ajutorul programului CAD s-a realizat prin

simularea în condiții identice expuse în sub-capitolul de validare a sistemului multi-corp virtual

(sub-capitolul 7.3).

Un prim pas în vederea modificării autovehiculelor din fiecare clasă, a fost determinarea

unui profil ”standard”, prin măsurarea parametrilor de interes a diferitor autovehicule deja

existente pe piață, și realizarea mediei acestor parametrii. Parametrii de interes sunt următorii:

înălțimea BLE (P1), lungimea capotei (P2), raza BLE (P3), înclinația capotei (P4), respectiv raza

capotei (P5). În determinarea parametrilor geometrici ai profilului ”standard” a autovehiculelor

s-au măsurat 10 autovehicule corespondente fiecărei clase analizate, ca ulterior să se facă media

aritmetică a valorilor acestor parametri. În procesul de măsurare a vehiculelor, s-a constatat că

mai mult de 40% din vehiculele măsurate au avut parametrii de interes cu valori foarte apropiate

de valorile standard determinate. Variația parametrilor în procesul de modificare a profilurilor

”standard” s-a realizat în conformitate cu intervalele de valori obținute în urma măsurării. Aceste

intervale de valori ale parametrilor măsurați sunt prezentate în Tabelul 7.1. Tabelul 7.1. Intervalele parametrilor măsurați pentru fiecare clasă de autovehicule

Clasa de autovehicule Interval P1 Interval P2 Interval P3 Interval P4 Interval P5

Compact 0.69-0.84 m 0.46-0.86 m 0.1-0.6 m 22-34 deg 0.7-3.7 m

Sedan 0.65-0.9 m 0.8-1.3 m 0.1-0.6 m 6-16 deg 3.76-7.7 m

SUV 0.83-1.08 m 0.9-1.4 m 0.12-0.42 m 8-18 deg 1.88-4.88 m

Sport 0.54-0.74 m 1-1.5 m 0.11-0.51 m 10-18 deg 5 -7 m

Van 0.72 - 0.92 m 0.5 - 0.8 m 0.37 - 0.87 m 13 - 21 deg 1.4 - 4.4 m

OneBox 0.76-1.01 m 0.67 - 0.77 m 0.12 -0.52 m 21 - 29 deg 1-3 m

68

Astfel, realizând media celor 10 vehicule măsurate corespondente fiecărei clase analizate,

s-au obținut următoarele valori privind profilurile ”standard” ale vehiculelor.

În urma determinării cotelor profilurilor frontale ”standard” s-a realizat modificarea

acestora.

7.5. Determinarea parametrilor care influențează accelerațiile la

nivelul capului pietonului Determinarea parametrilor geometrici care influențează atât accelerațiile unghiulare cât și

cele liniare de la nivelul capului pietonului, s-a realizat prin varierea parametrilor P1, P2, P3, P4

și P5 pentru fiecare autovehicul în parte, obținând diferite valori ale accelerațiilor. Fiecare

variație a acestor parametrii s-a realizat în programul Inventor, astfel, pentru fiecare profil frontal

obținut s-a realizat metodologia de importare prezentată în subcapitolul 7.4, conducând la

proiectarea a peste 130 de profiluri de autovehicule. Diagramele de accelerații obținute în urma

simulărilor sunt prezentate în Anexa 7. Aceste valori ale accelerațiilor s-au obținut prin

simularea impactului dintre autovehiculele modificate cu sistemul multi-corp virtual dezvoltat în

condițiile de testare prezentate în sub-capitolul 7.3. Așadar datele obținute sunt valide doar în

condiții de testare identice. A. Optimizarea profilului autovehiculului din clasa Compact

Analizând datele obținute în urma simulărilor, s-a putut observa ca prin variația oricărui

parametru, atât accelerația unghiulară cât și cea liniara măsurată la nivelul capului a avut o

tendință de creștere semnificativă. Astfel, vom considera profilul ”standard” ca fiind ideal, având

dimensiunile prezentate în Fig. 7.2.

Fig. 7.2. Profilul autovehiculului compact precum și accelerațiile obținute în urma simulării

A. Optimizarea profilului autovehiculului din clasa Sedan

Pentru autovehiculul de tip Sedan, s-a observat că la variația anumitor parametrii, atât

accelerația unghiulară cât și cea liniară a prezentat o anumită scădere. Astfel analizând datele

obținute, s-a constatat că cel mai important parametru care influențează accelerațiile la nivelul

capului este reprezentat de raza capotei. Astfel, accelerațiile de la nivelul capului pietonului scad

odată cu creșterea razei capotei autovehiculului.

De asemenea, s-a constatat că o capotă cu o lungime de 1.3 m (P2), conduce la cea mai

mică accelerație unghiulară obținută prin variația parametrilor. Astfel, proiectarea profilului ideal

propus pentru autovehiculele sedan s-a făcut prin combinarea parametrilor P5 și P2, pe lungimile

în care s-a obținut o descreștere semnificativă a accelerațiilor unghiulare și liniare. Așadar la o

rază a capotei de 7.7 m s-a obținut o descreștere a accelerației unghiulare și liniare, în timp ce la

o lungime de capotă de 1.3 m accelerația unghiulară descrește cu 547 rad/s2, iar accelerația

liniară a prezentat o creștere de 8 g. Prin combinarea acestor parametrii s-a obținut următorul

profil frontal pentru autovehiculul de tip Sedan, prezentat în Fig. 7.3.

69

Fig. 7.3. Analiza comparativă a profilului standard cu cel ideal determinat precum și valorile accelerațiilor obținute în cele două

cazuri

În urma analizei diagramei prezentate în figura anterioară se poate constata că prin

optimizarea profilului standard, s-a obținut o reducere a accelerației unghiulare de 438 rad/s2, în

timp ce reducerea accelerației liniare a fost mai mică, de circa 4 g.

A. Optimizarea profilului autovehiculului din clasa SUV

În urma analizei datelor obținute, s-a observat că cel mai important parametru care

influențează variația accelerațiilor capului sistemului multi-corp virtual este lungimea capotei

(P2).

Din diagrama anterioară, se poate observa că prin creșterea parametrului P2, accelerația

liniară a capului descrește împreună cu accelerația unghiulară a acestuia. Prin descreșterea

aceluiași parametru, accelerația unghiulară prezintă o scădere, în timp ce accelerația liniară

crește. Dorința generală pentru o optimizare cât mai bună a profilului frontal este de a reduce

ambele accelerații, astfel, vom considera un profil frontal cu o lungime a capotei în care

accelerațiile au prezentat valorile cele mai mici (1.4 m).

În urma proiectării și testării profilurilor cu o lungime a capotei mai mari, s-au obținut

cele mai favorabile rezultate pentru profilul frontal prezentat în figura următoare.


cazuri

Analizând diagrama din Fig. 7.4, se poate observa că descreșterea accelerației unghiulare

este semnificativă, prezentând o reducere de 1067 rad/s2, în timp ce accelerația liniară măsurată

la nivelul capului sistemului multi-corp virtual, prezintă o scădere de circa 14 g.

B. Optimizarea profilului autovehiculului din clasa Sport

Observând valorile obținute în urma simulărilor efectuate pentru autovehiculul din clasa

sport s-a observat că parametrul care joacă un rol determinant în siguranța pietonilor este

înălțimea BLE.

70

S-a observat că în intervalul 0.64-0.65 m al parametrului P1, atât accelerația unghiulară

cât și cea liniară de la nivelul capului sistemului multi-corp virtual prezintă o scădere

semnificativă. Astfel, se va considera profilul ideal al autovehiculului din clasa Sport ca fiind

autovehiculul care are parametrul P1 egal cu o valoare de 0.69 m.

În urma proiectării profilului autovehiculului sport cu parametrul P1 egal cu valoarea de

0.69 și testării acestuia prin simularea cu ajutorul PC-Crash, s-au obținut rezultatele din Fig. 7.5.


cazuri

Din diagrama anterioară se poate observa că s-a obținut o reducere a accelerației

unghiulare de la nivelul capului sistemului multi-corp virtual de 2037 rad/s2, în timp ce reducerea

accelerației liniare a fost de 30 g.

C. Optimizarea profilului autovehiculului din clasa Van

Din analiza valorilor obținute se poate observa că parametrul care joacă un rol esențial în

variația accelerațiilor de la nivelul capului sistemului multi-corp virtual este parametrul P2

(lungimea capotei).

Lungimea capotei joacă un rol determinant în reducerea accelerațiilor prezente la nivelul

capului, astfel că prin creșterea acestui parametru accelerațiile prezintă o scădere semnificativă.

Pe baza acestei diagrame, s-a putut proiecta profilul frontal considerat ideal, considerând o

lungime a capotei cu valoare de 0.8 m.

Astfel profilul ideal împreună cu valorile accelerațiilor obținute de la nivelul capului sunt

prezentate în Fig. 7.6.


cazuri

Analizând diagrama anterioară, se poate observa ca prin creșterea lungimii capotei

autovehiculului la valoarea de 0.8 m, s-a ajuns la valori favorabile privind accelerațiile la nivelul

71

capului pietonului: accelerația unghiulară a prezentat o reducere de 861 rad/s2; accelerația liniară

a fost redusă cu 10 g.

D. Optimizarea profilului autovehiculului din clasa OneBox

În urma analizei valorilor obținute în urma simulărilor, se poate observa că accelerațiile

la nivelul capului sistemului multi-corp virtual este influențată de următorii parametrii: înălțimea

BLE (P1), lungimea capotei (P2) și raza BLE (P3).

S-a putut observa că prin reducerea parametrului P3 la o valoare mai mică decât cea

standard, valoarea accelerațiilor prezintă o scădere. Totodată prin creșterea parametrului P2,

accelerațiile au o tendință de descreștere, în timp ce o creștere a parametrului P1 cu o valoare de

0.05 m conduce la cele mai mici valori ale accelerațiilor capului.

O primă încercare a determinării profilului frontal ideal pentru această clasă de

autovehicule a fost prin combinarea tuturor parametrilor favorabili din figura anterioară,

obținând următoarele rezultate (Fig. 7.7 ).

Fig. 7.7. Analiza comparativă a profilului standard cu cel determinat prin combinarea parametrilor favorabili precum și valorile

accelerațiilor obținute în cele două cazuri

Analizând valorile obținute în diagrama anterioară, se poate observa că s-a obținut o

reducere a accelerației unghiulare de 923 rad/s2, în timp ce reducerea accelerației liniare de la

nivelul capului a fost de 37 g.

Cu toate acestea, profilul proiectat în care parametrul P1 a fost crescut cu o valoare de

0.05 m, a prezentat valori mai reduse ale accelerațiilor capului decât în cazul în care parametrii

favorabili au fost combinați, conducând la concluzia ca profilul ideal pentru acest tip de

autovehicul îl reprezintă profilul din Fig. 7.8.


cazuri

72

Analizând figura anterioară, se poate observa că reducerea accelerației liniare de la

nivelul capului a fost de 44 g, în timp ce valoarea accelerației unghiulare a fost redusă cu 2754

rad/s2.

Așadar, putem afirma că cel mai important parametru geometric al autovehiculului

privind accelerațiile apărute la nivelul capului pietonului îl reprezintă parametrul P1 (înălțimea

BLE).

7.6. Analiza comparativă a datelor obținute Analizând valorile accelerațiilor obținute în urma modificării profilurilor frontale ale

autovehiculelor, s-au putut determina reducerile procentuale privind nivelul accelerațiilor liniare

respectiv unghiulare de la nivelul capului pietonului. Aceste reduceri sunt prezentate în Fig. 7.9.

Fig. 7.9. Reducerea procentuală a accelerațiilor de la nivelul capului

Din diagrama anterioară se poate observa că cea mai bună optimizare din punct de vedere

a accelerațiilor unghiulare s-a realizat la autovehiculul din clasa SUV, prezentând o reducere a

acestui parametru de 79%, în timp ce pentru accelerația liniară, reducerea maximă s-a realizat la

autovehiculul de tip OneBox.

7.7. Determinarea gradului de vătămare la nivelul capului pe baza

accelerațiilor obținute Pe baza accelerațiilor liniare obținute în urma simulărilor s-a putut determina criteriul

HIC15 al autovehiculelor ”standard” respectiv ”ideale”. Astfel, cu ajutorul acestor valori s-a

putut determina gradul de vătămare al capului pietonului în funcție de scara de vătămare AIS,

utilizând curba lui Mertz. Datele obținute sunt prezentate în Fig. 7.10.

Fig. 7.10. Riscul de vătămare al capului în funcție de criteriul HIC

Se poate observa că în urma optimizării profilurilor frontale ale fiecărei clase de

autovehicule s-au obținut diferite reduceri pe scara AIS.

Riscul de vătămare al capului în funcție de accelerațiile unghiulare determinate pentru

profilurile ”standard” respectiv ”ideale” în funcție de clasa de autovehicule este prezentat în Fig.

7.11.

73

Fig. 7.11. Probabilitatea de 50% de a obține o leziune cotată pe scara AIS la nivelul capului datorită accelerațiilor unghiulare

Precum în cazul accelerațiilor liniare, optimizarea profilurilor frontale ale unor

autovehicule au condus la o reducere a criteriului AIS.

7.8. Concluzii În urma analizei datelor extrase în acest capitol se pot formula următoarele concluzii:

Design-ul profilului frontal are un rol semnificativ în siguranța pietonilor.

Geometria profilului frontal afectează nivelul accelerațiilor capului, care pot

conduce la vătămări grave.

În ceea ce privește parametrii geometrici determinanți în siguranța pietonilor

aceștia variază în funcție de clasa autovehiculelor. Astfel în urma studiului

realizat, putem afirma că lungimea capotei joacă un rol de importanță majoră în

cazul autovehiculelor din clasele SUV și Van. Astfel, concluzia este că o capotă

mai lungă conduce la accelerații mai mici resimțite la nivelul capului. Un alt

parametru geometric important ce influențează accelerațiile capului pietonului îl

reprezintă înălțimea BLE, pentru autovehiculele din clasele Sport și OneBox.

Astfel, ridicând valoarea acestui parametru la valoarea de 0.69 m pentru

autovehiculul din clasa Sport, respectiv la valoarea de 0.91 m pentru

autovehiculul din clasa OneBox, am obținut reduceri semnificative privind

parametrii cinematici ai capului sistemului multi-corp virtual. Un ultim parametru

care a influențat accelerațiile la nivelul capului pietonului pentru autovehiculul

din clasa Sedan îl reprezintă raza capotei. Astfel s-a determinat o valoare optimă

egală cu 7.7 m a acestui parametru, conducând la o reducere de 25% a accelerației

unghiulare respectiv de 3% a accelerației liniare. Aceste valori determinate sunt

valide doar în condițiile de testare expuse în cadrul acestui capitol.

Analizând rezultatele obținute prin prisma criteriilor biomecanice, se poate

observa că prin optimizarea profilurilor frontale ale autovehiculelor, s-a redus

vătămarea la nivelul capului până la nivelul cotat pe scara AIS cu valoarea 1,

reprezentând răni minore.

Acest studiu, prezintă o metodologie nouă de testare a profilurilor frontale a

autovehiculelor prin modificarea geometriei autovehiculelor prin prisma re-

proiectării acestora într-un program de tip CAD, și aplicarea de suprafețe asupra

zonelor de interes în cazul impacturilor cu pietoni.

74

8. Concluzii generale, contribuții originale și direcții de

aprofundare viitoare ale cercetărilor

8.1. Concluzii finale Analizând retrospectiv structura tezei de doctorat, se poate observa că în cadrul acesteia,

autorul a analizat atât faza antemergătoare coliziunii prin studiul asupra vizibilității pietonului în

condiții nocturne, cât și fazele de coliziune respectiv post coliziune, prin modelarea matematică,

simulări numerice, respectiv testele experimentale efectuate. În urma cercetărilor experimentale

și teoretice realizate de-a lungul acestei teze de doctorat, care au avut ca scop îmbunătățirea

siguranței pietonilor, se pot formula următoarele concluzii:

A) În cadrul primului capitol în care s-a analizat nivelul actual al cercetărilor se pot

menționa următoarele:

Cu toate că în țările Europene bine dezvoltate, numărul de decese provenit din

coliziunile dintre autovehicule și pietoni este în scădere, România este una din

țările care se află departe de media europeană. Principalele motive ale acestei

statistici îngrijorătoare sunt nerespectarea regulilor de circulație atât din partea

pietonilor cât și din partea conducătorilor auto, dar și o infrastructură defectuoasă.

Siguranța pasivă a pietonilor este strâns legată de biomecanica corpului uman.

Astfel cercetătorii au ajuns la corelații biomecanice privind nivelul de vătămare al

pietonilor în diferite tipuri de impacturi. Modul de testare a siguranței pietonilor

atât la nivel European cât și la nivel Mondial, este reglementat de anumiți

parametrii biomecanici respectiv anumite criterii de vătămare.

Evoluția în timp ale sistemelor de siguranță pasivă a fost anevoioasă, astfel că

după mai bine de 10 ani de la prima propunere a sistemelor airbag pentru pietoni

acestea au fost introduse. Cu toate acestea este necesară continuarea cercetărilor

în domeniul siguranței, prin implementarea și testarea de noi metode și

dispozitive de reducere a riscurilor de vătămare a pietonilor.

În privința elementelor de siguranță activă, cel mai important element introdus a

fost sistemul de frânare automată a autoturismului la detecția pietonului,

reprezentând totodată vârful tehnologiei actuale privind siguranța circulației. Cu

toate acestea, nu este optimizat perfect, iar o caracteristică adițională ce îi poate fi

adusă, este avertizarea prin semnale sonore și vizuale a pietonului ce se află în

pericol, astfel încât acesta să încerce să ia măsuri de prevenire

B) În cel de-al doilea capitol s-au analizat aspecte privind cinematica pietonului pe parcursul

coliziunii, modul de determinare a distanțelor de proiectare a pietonului precum și

vizibilitatea acestuia în diferite condiții ajungându-se la următoarele concluzii:

Cinematica pietonului în timpul coliziunii este complexă, ea depinzând în mare

parte de configurația coliziunii

Vătămările provenite din accidentele cu pietoni pot fi datorate exclusiv impactului

cu autovehiculul sau în unele cazuri pot apărea vătămări suplimentare de la

contactul pietonului cu mediul înconjurător

Studiul privind determinarea distanțelor de proiectare a pietonului a început încă

de la sfârșitul anilor ’70, pentru ca ulterior pe baza acestor determinări, calculul să

devină tot mai complex, ținând cont de diferiți parametrii. Cu toate acestea, acest

calcul este dificil și se bazează pe parametrii estimativi privind unghiul sub care

pietonul este aruncat de pe capota autovehiculului. Acest parametru este dificil de

estimat având în vedere că cinematica pietonului este foarte complexă, de aceea o

metodă mai bună de determinare a distanței de proiectare a pietonului este prin

simulare pe calculator, cu ajutorul programelor disponibile pe piață (PC-Crash,

Virtual Crash, etc.), programe care permit vizualizarea 3D a pietonului pe

parcursul desfășurării simulării.

75

Metodele de determinare a vizibilității pietonului se bazează pe metoda lui Adrian

Werner, fiind cea mai precisă. Vizibilitatea pietonului depinde de mai mulți

parametrii: culoarea articolelor vestimentare, condițiile meteo, contrast, etc.

Analizând literatura de specialitate, s-a constat că nu s-au realizat foarte multe

studii privind vizibilitatea pietonului în funcție de culoarea articolelor

vestimentare, iar un studiu elaborat privind acest aspect a fost necesar.

C) În capitolul trei s-a realizat un studiu experimental care a avut ca scop determinarea

distanțelor de vizibilitate a pietonului în funcție de culoarea articolelor vestimentare, în

condiții nocturne, și viteza de evitare a coliziunii dintre autovehicul și pieton pe baza

acestor măsurători, ajungându-se la următoarele concluzii:

Vesta reflectorizantă reprezintă un accesoriu care sporește vizibilitatea pietonilor

exponențial oferind valori ale luminanței foarte ridicate. Aceasta nu trebuie să

lipsească pietonilor în timpul deplasării acestora în condiții nocturne, chiar și în

zone bine iluminate

Este indicat ca pietonii să utilizeze articole vestimentare deschise la culoare, care

pot să creeze un contrast pozitiv cu mediul înconjurător, astfel devenind mai ușor

de perceput de către conducătorii auto

În urma analizei comparative a valorilor contrastului obținut între scenariul de

testare 1 cu scenariul de testare 2, s-a constatat că valoarea contrastului este

simțitor mai mare la nivelul membrelor inferioare decât în zona superioară a

toracelui.

Distanțele de vizibilitate cresc procentual cu o valoare de 30% pentru culoarea

galbenă, în cazul în care analiza vizibilității se face la nivelul membrelor

inferioare iar autovehiculul circulă cu luminile de întâlnire.

Pietonii îmbrăcați în culoarea neagră pe timpul nopții reprezintă un pericol pentru

conducătorii auto, aceștia fiind vizibili la distanțe foarte mici.

Conform vitezelor de evitare determinate, pietonii îmbrăcați în culoarea neagră nu

pot fi evitați de către un conducător auto care circulă cu viteză legală prin

localitate datorită vizibilității reduse a acestora.

D) În capitolul 4 este prezentat modelul teoretic dezvoltat, precum și limitările acestuia.

Acest model permite determinarea vârfurile de accelerații respectiv viteze la nivelul

capului, atât de necesari în domeniul siguranței pietonilor.

E) Partea cercetării experimentale a tezei este cuprinsă în capitolele 5 respectiv 6, în

urma căreia s-a ajuns la următoarele concluzii:

Analizând comparativ riscul de vătămare al capului între testele experimentale 2 și

3, care au o configurație de impact aproape identică, dar autovehiculele utilizate

au avut un profil frontal diferit, se constată că riscul de leziune la nivelul

creierului este mai mare în cazul testului 2 cu o valoare procentuală de 61%,

conducând la concluzia că designul profilului frontal autovehiculului utilizat in

acest test, conduce la valori ale accelerațiilor semnificativ mai mari. Astfel, putem

afirma că designul profilului frontal joacă un rol determinant în siguranța

pietonilor.

Un alt parametru important în cazul coliziunii dintre un autovehicul și un pieton îl

reprezintă gradul de suprapunere al pietonului asupra autoturismului. S-a putut

observa că în testul experimental 4, în care gradul de suprapunere a fost de 50%,

comportamentul pietonului din timpul coliziunii a suferit modificări față de

celelalte teste experimentale, conducând la o cădere violentă a acestuia pe sol. Tot

în cadrul acestui test experimental, s-a determinat că riscul de leziune al creierului

la impactul cu solul este foarte probabil.

Acționarea pedalei de frână cu întârziere precum în cazul testului experimental 5,

nu influențează nivelul de vătămare al capului pietonului în cazul coliziunii cu

autovehiculul (impactul primar), dar influențează distanța de proiectare a acestuia.

76

Prin creșterea distanței de proiectare a pietonului, pot apărea impacturi secundare

ale pietonului cu mediul înconjurător, care pot conduce la vătămări grave.

F) Capitolul 7 cuprinde cercetarea teoretică privind parametrii geometrici ai profilului

frontal ai autovehiculului ce influențează accelerațiile la nivelul capului pietonilor,

bazându-se pe testele experimentale realizate. Astfel în acest capitol s-a dezvoltat un

sistem multi-corp virtual cu ajutorul programului PC-Crash, care a fost validat prin

simularea testelor experimentale care au avut un caracter repetitiv, obținând nu doar o

cinematică similară a pietonului dar și valori foarte apropiate privind accelerațiile capului

respectiv distanțele de aruncare a pietonului. Pe baza acestui sistem multi-corp virtual, s-

au realizat simulări cu diferite tipuri de profiluri frontale de autovehicule, conducând la

concluzii privind parametrii geometrici ai profilului frontal care influențează accelerațiile

la nivelul capului. Astfel concluziile desprinse din acest capitol sunt:

Profilul frontal are un rol semnificativ în siguranța pietonilor.

Geometria profilului frontal afectează nivelul accelerațiilor capului, care pot

conduce la vătămări grave.

În ceea ce privește parametrii geometrici determinanți în siguranța pietonilor

aceștia variază în funcție de clasa autovehiculelor. Astfel în urma studiului

realizat, putem afirma că lungimea capotei joacă un rol de importanță majoră în

cazul autovehiculelor din clasele SUV și Van. Astfel, concluzia este că o capotă

mai lungă conduce la accelerații mai mici resimțite la nivelul capului. Un alt

parametru geometric important ce influențează accelerațiile capului pietonului îl

reprezintă înălțimea BLE, pentru autovehiculele din clasele Sport și OneBox.

Astfel, ridicând valoarea acestui parametru la valoarea de 0.69 m pentru

autovehiculul din clasa Sport, respectiv la valoarea de 0.91 m pentru

autovehiculul din clasa OneBox, am obținut reduceri semnificative privind

parametrii cinematici ai capului sistemului multi-corp virtual. Un ultim parametru

care a influențat accelerațiile la nivelul capului pietonului pentru autovehiculul

din clasa Sedan îl reprezintă raza capotei. Astfel s-a determinat o valoare optimă

egală cu 7.7 m a acestui parametru, conducând la o reducere de 25% a accelerației

unghiulare respectiv de 3% a accelerației liniare. Aceste valori determinate sunt

valide doar în condițiile de testare menționate în cadrul capitolului 7.

Analizând rezultatele obținute prin prisma criteriilor biomecanice, se poate

observa că prin optimizarea profilurilor frontale ale autovehiculelor, s-a redus

vătămarea la nivelul capului până la nivelul cotat pe scara AIS cu valoarea 1,

reprezentând răni minore.

Acest studiu, prezintă o metodologie nouă de testare a profilurilor frontale a

autovehiculelor prin modificarea geometriei autovehiculelor prin prisma re-

proiectării acestora într-un program de tip CAD, și aplicarea de suprafețe asupra

zonelor de interes în cazul impacturilor cu pietoni.

8.2. Contribuții originale 1. Realizarea unui model de picior în Simulink, extensia programului Matlab, capabil să

determine momentul de încovoiere a tibiei, cu ajutorul căruia se poate determina gradul

de vătămare al pietonului.

2. Determinarea distanțelor de vizibilitate a pietonului în funcție de culoarea articolelor

vestimentare, în condiții nocturne, pe baza procesării fotografiilor, și determinarea

vitezelor de evitare a pietonului în diferite condiții.

3. Dezvoltarea și validarea unui model teoretic capabil să determine distanțele de aruncare a

pietonului în urma coliziunii cu un autovehicul, în cazul în care autoturismul nu este

frânat.

4. Dezvoltarea unui model teoretic capabil să determine parametrii cinematici ce

influențează nivelul de vătămare al capului pietonului în cazul coliziunii cu

autovehiculul. Acest model a fost abordat utilizând mecanica Lagrangeană, fiind aplicabil

strict în momentul coliziunii.

77

5. Realizarea unui program de rezolvare a ecuațiilor diferențiale de ordin 2 în Matlab,

necesar în rezolvarea numerică a ecuațiilor obținute în urma modelării matematice.

6. În vederea prelucrării datelor autorul a utilizat diferite programe de calculator: Pocket

DAQ, Tracker, PC-Crash 10.2, 11, Pachetul Microsoft Office, Matlab, Mathcad, Origin

8, Autocad, Engauge, Gmsh, Photoshop, Autodesk Inventor

7. Determinarea distanțelor de proiectare a pietonului s-a realizat printr-o metodă originală

de scalare și suprapunere a fotografiilor extrase din filmul de mare viteză realizat.

8. Determinarea parametrilor geometrici ai profilului frontal ai autovehiculului ce

influențează accelerațiile resimțite la nivelul capului pietonului, printr-o metodă

originală.

9. Conceperea, proiectarea și dezvoltarea unui profil frontal ”prietenos” în cazul coliziunii

cu pietonii, în funcție de clasa autovehiculelor.

10. Publicarea a 14 lucrări în cadrul unor conferințe naționale și internaționale, din care 5 ca

prim-autor. Lucrările sunt indexate în următoarele baze de date: isiwebofknoledge - 4

lucrări, respectiv Springer - 6 lucrări.

11. Scrierea a două lucrări, cotate ISI, cu factor de impact, acceptate la recenzie, în cadrul

unor jurnale internaționale.

12. Scrierea unei lucrări, cotată ISI, cu factor de impact de 0.821 și SRI de 0.641 , în curs de

publicare, în cadrul unui jurnal internațional.

8.3. Direcții de aprofundare viitoare ale cercetărilor o Concepția unui sistem de îmbunătățire a siguranței pasive a autovehiculelor în cazul

coliziunii cu pietonii

o Perfecționarea modelului matematic dezvoltat, prin analiza fazei ce are loc între contactul

primar dintre bara autovehiculului și membrele inferioare ale pietonului și faza deja

analizată.

o Determinarea distanțelor de vizibilitate în diferite condiții meteorologice (ploaie, ceață,

ninsoare, etc.).

o Determinarea distanțelor de vizibilitate utilizând diferite tipuri de faruri (xenon, led)

78

Bibliografie A Carroll, A Barrow, B J Hardy, B Robinson. 2014. Pedestrian legform test area assessment.

Transport Research Laboratory 2014.

AAAM. http://www.aaam.org/about-ais.html.

Adrian, Werner. 1989. "Visibility of targets: Model for calculation." Lighting Research and

Technology no. 21 (4):181-188.

Ariffin, Aqbal Hafeez, Azhar Hamzah, Noor Faradila Paiman, Mohd Khairudin Rahman, Mohd

Syazwan Solah, Mohd Hafzi Md Isa, Zulhaidi Mohd Jawi, and Khairil Anwar Abu

Kassim. . 2013. Pedestrian Protection Assessment in ASEAN NCAP: Future

Consideration. Paper read at Southeast Asia Safer Mobility Symposium, at Melaka,

Malaysia.

Bach, FH, Peter, Winfried Bindges, Hartmut Zoppke. 2006. "Sensorsystem für aktive

Motorhauben auf dem Prüfstand " ATZ nr.5/2006;.

Badea-Romero, Alexandro, and James Lenard. 2013. "Source of head injury for pedestrians and

pedal cyclists: Striking vehicle or road?" Accident Analysis & Prevention 50 pp: 1140-

1150.

Biswas, Gautam. 2012. Review of forensic medicine and toxicology: JP Medical Ltd.

Bogdanovic, L., M. Batista. 2004. "The Throw Model for Vehicle/Pedestrian Collisions

including Road Gradient." Proceedings of ICTS, 11, 12.

Brach, Raymond M. 2005. Vehicle accident analysis and reconstruction methods.

Breaz, Nicoleta, , Marian Crăciun, Păstorel Gaşpar, Maria Miroiu, Iuliana Paraschiv-Munteanu.

2013. "Modelarea matematica prin matlab." In, edited by Iasi.

Brooks, D., J. Wiechel, M. Sens, and Dennis A. Guenther. 1987. "A comprehensive review of

pedestrian impact reconstruction." SAE Technical Paper, No. 870605.

Budescu, Emil. 2013. Biomecanica Generala. Iasi.

Burg, Heinz, Moser, Andreas. 2009. Handbuch Verkehrsunfallrekonstruktion Unfallaufnahme.

Burg, Heinz, Moser, Andreas. 2013. Handbook of Accident Reconstruction

CARE. 2015. EUROSTAT for population data.

Carroll, J. A., Adam Barrow, Hardy, B.J. , Robinson, B. 2014. "Pedestrian legform test area

assessment.

CASIO. http://www.casio-intl.com.

Cheon, Seong Sik, and Jin Ho Choi. 1995. "Development of the composite bumper beam for

passenger cars." Composite structures 32, no. 1, pp.: 491-499.

Classifcation. 2016. https://en.wikipedia.org/wiki/Car_classification#Classification_methods

2016].

Codul-Rutier. 2002. Codul Rutier. OUG nr 195/2002.

Collins, James C. 1979. Accident Reconstruction.

Comm, Safety Test Instrumentation Stds. 2003. Instrumentation for impact test-part 1-electronic

instrumentation (j211/1). Technical report, SAE.

Cordos, Nicolae, Burnete, Nicolae, Todorut, Nicolae. 2003. Coliziunea automobilelor.

Covaciu, Dinu. 2010. Soluţii în studiul performanţelor dinamice şi în trafic ale autovehiculelor

prin integrarea aplicaţiilor cad/plm şi gps. Teza de doctorat, Universitatea Transilvania

Brasov.

Davison, Robert M., Malcolm Munro, and Detmar W. Straub. 2004. "Introduction to the AIS

Code of Research Conduct." Communications of the Association for Information Systems

no. 13 (1):1.

DEX. 2016. Available from https://dexonline.ro.

Dima, Dragos-Sorin, Rusitoru Florin, Soica Adrian, and Tarulescu Stelian. 2007.

EXPERIMENTAL STUDY OF THE VEHICLE-PEDESTRIAN COLLISIONS. In

International Congress" AMMA 2007-Automobile, Environment and Farm Machinery,

Cluj Napoca.

DJI. http://www.dji.com.

http://www.aaam.org/about-ais.html

http://www.casio-intl.com/

http://www.dji.com/

79

DSD. http://www.dsd.at.

DSD. 2013. PC-Rect User Manual.

DSD. 2015. PC-Crash User Manual.

DSD. 2016. PC-Crash 11, User Manual.

Du Bois, P. A., S. Kolling, M. Koesters, T. Frank. 2006. "Material behaviour of polymers under

impact loading. I." nternational Journal of Impact Engineering 32, no. 5 (2006): 725-

740.

Edwards, Mervyn, Nathanson, Andrew, Wisch, Marcus. 2014. "Estimate of potential benefit for

Europe of fitting autonomous emergency braking (AEB) systems for pedestrian

protection to passenger cars." Traffic injury prevention no. 15 (sup1):S173-S182.

EEVC. www.eeevc.org.

EEVCWG17. 1998. Improved Test Methods to Evaluate Pedestrian Protection Afforded by

Passenger Cars. Delft, the Netherlands: TN0 Crash-Sagety Research Centre.

EEVCWG17. 2003. Improved Test Methods To Evaluate Pedestrian Protection Afforded By

Passenger Cars

Egertz, David. 2011. Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight

Urban Vehicles. Stockholm.

ENCAP. www.euroncap.com.

Eppinger, Rolf, Emily Sun, Faris Bandak, Mark Haffner, Nopporn Khaewpong, Matt Maltese,

Shashi Kuppa et al. 1999. Development of improved injury criteria for the assessment of

advanced automotive restraint systems–II. In National Highway Traffic Safety

Administration (1999): 1-70.: NHTSA.

European-Comission. 2015. Road safety in the European Union. European Comission.

FASTECIMAGING. http://www.fastecimaging.com.

Feist, Florian, Jürgen Gugler, Carlos Arregui-Dalmases, E. Del Pozo de Dios, F. Lopez–Valdes,

D. Deck, R. Willinger. 2009. Feist, F., Gugler, J., Arregui-Dalmases, C., Del Pozo de

Dios, E., Lopez–Valdes, F., Deck, D., & Willinger, R. (2009). Pedestrian collisions with

flat-fronted vehicles: injury patterns and importance of rotational accelerations as a

predictor for traumatic brain injury (TBI). . In In 21st International Conference on the

Enhanced Safety of Vehicles (ESV), National Highway Traffic Safety Administration.

Stutgart: Germany. pps (pp. 1-19).

Fiala, E., H. J. Clemens, and K. Burow. 1970. "Verletzungsmechanik der Halswirbelsäule."

Forschungsbericht der Technischen Universität, Berlin.

Fildes, B., Keall, M., Bos, N., Lie, A., Page, Y., Pastor, C., Pennisi, L., Rizzi, M., Thomas, P.

and Tingvall, C. 2015. ""Effectiveness of low speed autonomous emergency braking in

real-world rear-end crashes."." Accident Analysis & Prevention 81: 24-29.

Fredriksson, Rikard, Yngve Håland, and Jikuang Yang. 2001. "Evaluation of a new pedestrian

head injury protection system with a sensor in the bumper and lifting of the bonnet's rear

part." SAE.

Fuerstenberg, K.C. 2005. "Pedestrian Protection using Laserscanners." In 12th World Congress

on Intelligent Transport Systems. 2005.

Fujifilm. http://www.fujifilm.com.

Gabauer, Douglas J., and Hampton C. Gabler. 2008. "Comparison of Roadside and Vehicle

Crash Test Injury Criteria in Frontal Crash Tests, ." International Journal of Vehicle

Safety 3, no. 1 (2008): 1-13.

Gaiginschi, Radu. 2009. Reconstructia si expertiza accidentelor rutiere.

GRSP. 2007. Proposal for a draft global technical regulation on pedestrian safety. UNECE:

UNECE.

GTR9-1-05r1. 2011. Technical Discussion - Biofidelity. JASIC.

GTR9-5-13. 2012. FlexPLI vs. EEVC LFI Correlation. JASIC.

Haibo, Huang, Liao Xiaoliang, Yang Jianjun, and Li Pingfei. 2013. The Reconstruction Research

About Accident of Vehicle-Pedestrian Collision Based on PC-Crash. In In 2013 Fifth

International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation, pp.

1204-1209. IEEE, 2013.

http://www.dsd.at/

http://www.eeevc.org/

http://www.euroncap.com/

http://www.fastecimaging.com/

http://www.fujifilm.com/

80

Han, Inhwan, and Raymond M. Brach. 2001. "Han, Inhwan, and Raymond M. Brach. Throw

model for frontal pedestrian collisions." SAE Technical Paper No. 2001-01-0898.

Hankey, Jonathan , Blanco, Myra, Gibbons, Ronald Bruce, McLaughlin, Shane B., Dingus,

Thomas A. 2005. "Enhanced Night Visibility Series, Volume I: Executive Summary."

Hayashi, Hideaki, Ryo Inomata, Ryo Fujishiro, Yusuke Ouchi, Koji Suzuki, and Takeshi

Nanami. 2013. Development of pre-crash safety system with pedestrian collision

avoidance assist. In In Proceedings of the 23rd International Conference on the

Enhanced Safety of Vehicles, Seoul, Republic of Korea (pp. 13-0271).

Hazlett, Richard D., Merrill J. Allen. 1968. "The ability to see a pedestrian at night: The effects

of clothing, reflectorization and driver intoxication." Optometry & Vision Science, 45(4),

246-258.

Holding, P. N, Chinn, B. P., Happian-Smith, Julian. 2001. Pedestrian Protection: An Evaluation

of an Airbag System Through Modelling and Testing: Society of Automotive Engineers.

Hutchinson, John, Mark, J. Kaiser, Hamid, M. Lankarani. 1998. "The Head Injury Criterion

(HIC) functional." Applied Mathematics and Computation 96 (1998) 1-16.

Ilie, Sorin. 2015. Modelarea fenomenelor de impact ale autovehiculelor.

INMATH. http://www.intmath.com/applications-integration/hic-part2.php.

Inomata, Yusuke, Nobuhiro Iwai, Yoshinori Maeda, Seiichi Kobayashi, Hiroyuki Okuyama, and

Nobuhiko Takahashi. 2009. Development of the pop-up engine hood for pedestrian head

protection. In In 21st International Technical Conference on the Enhanced Safety of

Vehicles (ESV), no. 09-0067.

Jakobsson, Lotta, Broberg, Thomas, Karlsson, Henrik,Fredriksson, Anders,Gråberg, Niklas,

Gullander, Christina, Lindman, Magdalena. 2013. Pedestrian Airbag Technology–A

Production System, 2013.

Jazar, Reza N. 2013. Vehicle dynamics: theory and application: Springer Science & Business

Media.

JINGWEN HU, KATHLEEN D. KLINICH. 2012. TOWARD DESIGNING PEDESTRIAN-

FRIENDLY VEHICLES. The University of Michigan.

Kalliske, Ingo, Flavio Friesen. 2001. Improvements to pedestrian protection as exemplified on a

standard-sized car. Paper read at Proceedings of the 17th international technical

conference on the Enhanced Safety of Vehicles, Amsterdam, The Netherlands, pp. 4-7.

Keller, Christoph G., Thao Dang, Hans Fritz, Armin Joos, Clemens Rabe, Dariu M. Gavrila.

2011. "Active pedestrian safety by automatic braking and evasive steering." IEEE

Transactions on Intelligent Transportation Systems, 12(4), 1292-1304.

Kleinberger, Michae, l , Sun, Emily, Eppinger, Rolf 1998. Development of Improved Injury

Criteria for the Assessment of Advanced Automotive Restraint Systems.

Kopczyński, A., Ptak, M., & Harnatkiewicz, P. 2011. "The influence of frontal protection system

design on pedestrian passive safety." Archives of Civil and Mechanical Engineering,

11(2), 345-364.

Krotosky, S.J. Trivedi, M.M. 2007. "On color-, infrared-, and multimodal-stereo approaches to

pedestrian detection." Intelligent Transportation Systems, no. IEEE Transactions

8(4):619-629.

Kuehn, Matthias, Robert Froeming, and Volker Schindler. 2005. Assessment of vehicle related

pedestrian safety. In In Experimental Safety Vehicles Conference, pp. 05-0044. 2005.

Kuppa, Shashi, Wang, Jing, Haffner, Mark, Eppinger, Rolf. 2001. Lower extremity injuries and

associated injury criteria, 2001.

Kwan, Irene, James, Mapstone. 2006. Interventions for increasing pedestrian and cyclist

visibility for the prevention of death and injuries. The Cochrane Library John Wiley &

Sons, Ltd.

Lawrence, Graham., Brian Hardy. 1998. Pedestrian safety testing using the EEVC pedestrian

impactors. In 16th ESV Conference.

Lee, Tae-Hoon, Gun-Ha Yoon, and Seung-Bok Choi. . 2016. "A Shock Mitigation of Pedestrian-

Vehicle Impact Using Active Hood Lift System: Deploying Time Investigation." Shock

and Vibration 2016.

http://www.intmath.com/applications-integration/hic-part2.php

81

Lemmon, D.R., Huston, R.L. 1994. Automobile hood/fender design optimization for improved

pedestrian head impact protection. In 20th Design Automation Conference Proceedings

69 (2), pp 569-577.

Lenard, James, Alexandro Badea-Romero, and Russell Danton. . 2014. "Typical pedestrian

accident scenarios for the development of autonomous emergency braking test

protocols." Accident Analysis & Prevention 73: 73-80.

Longhitano, Douglas, Basem Henary, Kavi Bhalla, Johan Ivarsson, and Jeff Crandall. 2005.

"Influence of vehicle body type on pedestrian injury distribution." SAE Technical Paper

No. 2005-01-1876.

Luca, D., Stan Cristina 2007. Mecanică clasică. Edited by Iasi.

Luoma, Juha, Josef Schumann, Eric C. Traube. 1996. "Effects of retroreflector positioning on

nighttime recognition of pedestrians." Accident Analysis & Prevention 28, no. 3, pp: 377-

383.

Maki, Tetsuo, Janusz Kajzer, Koji Mizuno, and Yasufumi Sekine. 2003a. "Comparative analysis

of vehicle–bicyclist and vehicle–pedestrian accidents in Japan." Accident Analysis &

Prevention 35, no. 6 pp: 927-940.

Maki, Tetsuo, Toshiyuki Asai, and Janusz Kajzer. 2003b. Development of future pedestrian

protection technologies. In In 18th International Technical Conference on the Enhanced

Safety of Vehicles (ESV), pp. 03-0165.

Mathworks. www.mathworks.com.

MatrixLED.

http://www.audi.com/com/brand/en/vorsprung_durch_technik/content/2013/10/audi-a8-

in-a-new-radiant-light.html 2016.

Matsui, Yasuhiro, Hirotoshi Ishikawa, Akira Sasaki. 1999. "Pedestrian injuries induced by the

bonnet leading edge in current car-pedestrian accidents." No. 1999-01-0713. SAE

Technical Paper.

Matsui, Yasuhiro, Yong Han, and Koji Mizuno. 2011. "Performance of collision damage

mitigation braking systems and their effects on human injury in the event of car-to-

pedestrian accidents." Stapp car crash journal, 55, 461.

Matsui, Yasuhiro. 2005. "Effects of vehicle bumper height and impact velocity on type of lower

extremity injury in vehicle–pedestrian accidents." Accident Analysis & Prevention 37.4

pp: 633-640.

McCarthy, Mike, and Ian Simmons. 2005. Active pedestrian protection. In In 19th International

Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles (ESV).

Melvin, John W. 1995. Injury assessment reference values for the CRABI 6-month infant

dummy in a rear-facing infant restraint with airbag deployment. SAE Technical Paper.

Mertz, Harold J. 2002. "Injury risk assessments based on dummy responses." In Accidental

Injury, 89-102. Springer.

Mertz, Harold J., Prasad, Priya, Nusholtz, Guy. 1996. Head injury risk assessment for forehead

impacts. SAE Technical Paper.

Mizuno, Koji, Hideki Yonezawa, Janusz Kajzer. 2001. Pedestrian headform impact tests for

various vehicle locations. Paper read at Proceedings of the 17th Enhanced Safety of

Vehicles Conference.

Mo, Fuhao, Arnoux, Pierre Jean, Jure, Jean Jaques, Masson, Catherine. 2012. "Injury tolerance

of tibia for the car–pedestrian impact." Accident Analysis & Prevention no. 46:18-25.

Moser, Andreas, Heinz Hoschopf, Hermann Steffan, and Gustav Kasanicky. . 2000. "Validation

of the PC-Crash pedestrian model. No. 2000-01-0847. ." SAE Technical Paper,.

Moser, Andreas, Steffan Hermann, Kasanický Gustav. 1999. "The pedestrian model in PC-

Crash-the introduction of a multi body system and its validation " SAE Technical Paper

No. 1999-01-0445.

Narayan, Yoganandan, Alan, M. Nahum,John, W. Melvin. 2015. Accidental Injury: Springer.

Nicoara, D. Dumitru. 2003. Mecanica analitica. Edited by Editura Universității Transilvania din

Brasov.

http://www.mathworks.com/

http://www.audi.com/com/brand/en/vorsprung_durch_technik/content/2013/10/audi-a8-in-a-new-radiant-light.html

http://www.audi.com/com/brand/en/vorsprung_durch_technik/content/2013/10/audi-a8-in-a-new-radiant-light.html

82

NSC. 1996. American national standard manual on classification of motor vehicle traffic

accidents. edited by National Safety Council.

Oh, Cheol, Youn-soo Kang, and Wonkyu Kim. 2008. "Assessing the safety benefits of an

advanced vehicular technology for protecting pedestrians." Accident Analysis &

Prevention 40, no. 3 (2008): 935-942.

Ommaya, Ayub K. 1984. ""Biomechanics of head injury: experimental aspects." The

biomechanics of trauma 13 (1985): 245-269.

Popa, Virgil. 2013. Stabilirea dinamicii accidentelor rutiere în funcție de mărimea avariilor și

gravitatea leziunilor înregistrate la ocupanții autovehiculelor, Univeristy Transilvania of

Brasov.

Prasad, Priya, Harold J. Mertz. 1985. "The position of the United States delegation to the ISO

working group 6b on the use of HIC in the automotive environment." SAE Paper 821246,

.

Qiang, Chen, Zhao Hang, Yao Chun-de, Zou Tiefang, and Li Gen. 2013. Reconstruct side pole

impact accidents by computer simulation. In In Intelligent System Design and

Engineering Applications (ISDEA), Third International Conference, pp. 1092-1095.

IEEE.

Quintero, R., J. Almeida, David Fernández Llorca, and M. A. Sotelo. . 2014. "Pedestrian path

prediction using body language traits." 2014 IEEE Intelligent Vehicles Symposium

Proceedings, pp. 317-323.

Radu, Alexandru Ionuț, Cofaru, Corneliu. 2015. "Study of current state of crash testing." Bulletin

of the Transilvania University of Brasov. Engineering Sciences. Series I 8, no. 2, p. 31.

Ravani, Bahram, D. Brougham, and R. T. Mason. 1981. "Pedestrian post-impact kinematics and

injury patterns." SAE Technical paper., No. 811024.

Reid, Stephen Robert, and Gang Zhou. 2000. Impact behaviour of fibre-reinforced composite

materials and structures. Elsevier.

Rumar, Kare. 1990. "The basic driver error: late detection." Ergonomics 33, no. 10-11: 1281-

1290.

Schittenhelm, Helmut. 2013. Advanced Brake Assist–Real World effectiveness of current

implementations and next generation enlargements by Mercedes-Benz. Paper read at

Proceedings of the 23rd International Technical Conference on the Enhanced Safety of

Vehicles (ESV). Seoul, Korea.

Searle, John A. . 1993. "The physics of throw distance in accident reconstruction. No. 930659."

SAE Technical Paper No. 930659.

Șerbu, Călin Ioan. 2015. Cercetări privind evaluarea cauzelor de producere a accidentelor

rutiere cu pietoni folosind metode matematice de luare a deciziilor, Universitatea

Tehnica din Cluj-Napoca, Facultatea de Mecanica.

Simms, Ciaran, Wood, Denis. 2009. Pedestrian and cyclist impact: a biomechanical perspective.

Vol. 166: Springer Science & Business Media.

Snedeker, Jess G., Felix H. Walz, Markus H. Muser, Christian Lanz, and Günter Schroeder.

2005. Assessing femur and pelvis injury risk in car-pedestrian collisions: comparison of

full body PMTO impacts, and a human body finite element model. In The 19th

International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles. Washington,

D.C.

Snedeker, Jess G., Markus H. Muser, and Felix H. Walz. 2003. "Assessment of pelvis and upper

leg injury risk in car-pedestrian collisions: comparison of accident statistics, impactor

tests and a human body finite element model." Stapp Car Crash Journal, 55, 461.

Soica, Adrian, George Toganel, Daniel Trusca, Oana Falup-Pecurariu. 2007. Aspects regarding

the influence of the variation of front-end geometrical parameters over the degree of

injury for a child in a vehicle-pedestrian collision. In International Congress" AMMA

2007-Automobile, Environment and Farm Machinery, Cluj Napoca.

Soica, Adrian, Tarulescu, Stelian. 2016. "Impact phase in frontal vehicle-pedestrian collisions."

International Journal of Automotive Technology 17, no. 3, pp.387-397.

83

Soica, Adrian, Tarulescu, Stelian, Luca, Dana, Motoc. 2009. "Influence of bumper design on

pedestrian injuries." Annals of DAAAM & Proceedings, pp.145-147.

Stammen, Jason A., Roger A. Saul, Brian Ko. 2001. "Pedestrian head impact testing and PCDS

reconstructions." Amsterdam, Netherlands, June:1-9.

Steffan, Hermann, Andreas Moser. 1996. "The collision and trajectory models of PC-CRASH."

SAE Technical Paper, No. 960886. .

Steffan, Hermann, Andreas Moser, Bertram Christian Geigl, Yoshihiro 2000. "Validation of the

coupled PC-CRASH-MADYMO occupant simulation model." SAE Technical Paper No.

2000-01-0471.

Stevenson, M., Maria Segui-Gomez, I. Lescohier, C. Di Scala, G. McDonald-Smith. 2001. "An

overview of the injury severity score and the new injury severity score." Injury

Prevention no. 7 (1):10-13. doi: 10.1136/ip.7.1.10.

Stevenson, T. J. 2006. Simulation of Vehicle-Pedestrian Interaction.

, University of Canterbury., Canterbury, New Zealand.

Sullenberger, Greg. 2014. Pedestrian Impact on Low Friction Surface. edited by No. 2014-01-

0470. SAE Technical Paper.

Takahashi, H., Miyazaki, H., Narita, S., Shamoto, T. and Mase, Y. 2013. Development of Pop-

Up Hood System for Pedestrian Protection. . Paper read at Proceedings of the 23rd

International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles, paper (pp. 13-

0126).

TG25, HFM. 2007. Test Methodology for Protection of Vehicle Occupants against Anti-

Vehicular Landmine Effects.

Toganel, George. 2008. Cercetări privind influența designului caroseriei asupra siguranței

pasive a automobilelor.

Toganel, George, Adrian Soica, Dragos-Sorin Dima. 2009. Aspects regarding the analysis of the

car geometry. In 12th European Automotive Congress EAEC, Bratislava.

Tolea, Bogdan, Antonya, Csaba, Beles, Horia. 2015a. "Assesment of the injury severity of the

pedestrian lower limbs at the collision with a vehicle." ANNALS OF THE ORADEA

UNIVERSITY, Fascicle of Management and Technological Engineering

Tolea, Bogdan, Daniel Dragos Trusca, Csaba Antonya, Alexandru Ionut Radu, Dragos Sorin

DIMA. 2016a. Research Regarding Pedestrian Visibility During Night-Time Using Photo

Processing. In In International Congress of Automotive and Transport Engineering, pp.

881-888. Springer International Publishing.

Tolea, Bogdan, Daniel Trusca, Csaba Antonya, and Horia Beles. 2015b. "The influence of the

frontal profile design of a vehicle upon the pedestrian safety at low velocity." Annals of

DAAAM & Proceedings no. 26 (1).

Tolea, Bogdan, Trusca, Daniel, Antonya, Csaba. 2016b. Research Regarding Night-Time

Pedestrian Visibility. Paper read at Proceedings of the European Automotive Congress

EAEC-ESFA 2015 (pp. 749-755), 2016.

Tomasch, Ernst. 2004. PENDANT Deliverable D4 - Accident Reconstruction Guidelines. edited

by Graz: Eigenverlag.

Trusca, Daniel, Tolea, Bogdan, Radu, Ionut. 2015. "Research regarding the severity of the injury

of the pedestrian’s head with the vehicle’s bonnet " ANNALS OF THE ORADEA

UNIVERSITY, Fascicle of Management and Technological Engineering

van Ratingen, Michiel, Aled Williams, Anders Lie, Andre Seeck, Pierre Castaing, Reinhard

Kolke, Guido Adriaenssens, and Andrew Miller. 2016. ""The European New Car

Assessment Programme: a historical review." Chinese journal of traumatology, 19(2),

63-69.

Vertal, Peter, Kasanicky Gustav, Steffan Hermann. 2015. Implementation of an active safety

system for pedestrian detection in Volvo’s cars and the real benefits of the system based

on selected real-life fatal pedestrian accidents. In EVU Congress UK.

Wellbourne, E. R., Shewchenko, Nicholas. 1998. Improved measures of foot ankle injury risk

from the Hybrid III tibia, 1998.

84

WGDPVS. 2008. Crash Analysis Criteria Description. Workgroup Data Processing Vehicle

Safety.

Wood, D.P. Simms, C.K. 2001. ""Coefficient of friction in pedestrian throw."." Impact 9, no. 1

pp: 12-15.

Wood, Joanne M., Richard A. Tyrrell, Trent P. Carberry. 2005. "Limitations in drivers' ability to

recognize pedestrians at night." Human Factors: The Journal of the Human Factors and

Ergonomics Society 47, no. 3, pp: 644-653.

Wu, B. Nevatia. 2005. "Detection of multiple, partially occluded humans in a single image by

bayesian combination of edgelet part detectors. ." ICCV Tenth IEEE International

Conference on no. 1:90-97.

Xu, Dang, Zhu, Xichan,Miao, Qiang,Ma, Zhixiong, Wu, Bin. 2010. The research of reversible

pop-up Hood for pedestrian protection, 2010.

Xu, Hongguo, Yanhui Fan. 2007. Simulation research on form and kinematics law of contact

process for automobile-pedestrian collision based on the coupling of PC-Crash and

MADYMO Paper read at Proceedings of the First International Conference on

Transportation Engineering (ICTE). Chengdu, China.

Yuasa, Hitoshi, Masashi Nakanishi, Tsutomu Mochida, Naoyuki Yamada, and Makoto Nakai.

2013. "Research into evaluation method for pedestrian pre-collision system." In

Proceedings of the 23rd International Conference on the Enhanced Safety of Vehicles,

Seoul, p. 13Ā0110.

Yun, Yong-Won, Jae-Wan Lee, Gyu-Hyun Kim, and Park Gyung-Jin. 2013. Pedestrian

Protection Test and Results: Utilization for Regulations in Korea. In In 23rd

International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles (ESV), no. 13-

0357. 2013.

Zander, Oliver, Dirk-Uwe Gehring, Michiel van Ratingen. 2015. Beyond safety legislation:

Contribution of consumer information programmes to enhanced injury mitigation of

pedestrians during accidents with motor vehicles. Paper read at Proceedings of 24th

Enhanced Safety of Vehicles (ESV) conference.

Zhang, Guanjun, Libo Cao, Jingwen Hu, and King H. Yang. 2008. "A field data analysis of risk

factors affecting the injury risks in vehicle-to-pedestrian crashes." Annals of advances in

automotive medicine, 52, 199-214.

Zou, T., Zhang, Y. Yin, R. 2016. ""Two Simple Formulas for Evaluating the Lower Bound of

the Impact Velocity in Vehicle–pedestrian Accidents." ." Journal of Forensic Sciences

85

Rezumat

Scopul acestei teze de doctorat este de a determina parametrii geometrici ai profilului

frontal ai autovehiculului care influențează gradul de vătămare al pietonilor în urma coliziunilor

cu autovehiculele, precum și evidențierea posibilităților de reducere a vătămărilor grave prin

mijloace de siguranță pasivă. Siguranța pasivă privind coliziunea autovehiculelor cu pietonii este

limitată, unul din cele mai importante aspecte ale acesteia fiind reprezentat de designul/forma

caroseriei autovehiculelor. Parametrii geometrici ai profilului frontal ai autovehiculului care

influențează siguranța pietonilor au fost determinați printr-o abordare originală. Acești parametrii

au fost modificați într-un program de proiectare, iar cu autovehiculele noi obținute s-au realizat o

serie de simulări în vederea evaluării riscului de vătămare al pietonului la nivelul capului.

În cadrul tezei de doctorat s-a determinat gradul de vizibilitate al pietonului în condiții

nocturne în funcție de culoarea articolelor vestimentare, determinate pe baza testelor

experimentale. Totodată, pe baza acestor distanțe determinate s-a realizat un calcul privind viteza

de evitare a pietonului în condițiile date.

Un alt element de noutate adus îl reprezintă determinarea distanțelor de proiectare a

pietonului în urma coliziunii cu autovehicul, în cazul în care acesta este frânat cu întârziere.

Aceste distanțe de proiectare s-au determinat printr-un calcul analitic validat atât prin simulări

cât și prin teste experimentale.

De asemenea, s-a dezvoltat un model matematic capabil să determine parametrii viteză și

distanță a capului pietonului, respectiv ai autovehiculului în timpul coliziunii cu pietonul

Abstract The aim of the PhD. dissertation was to determine the geometric parameters of the

vehicle’s frontal profile which have a major influence upon the pedestrian injury risk in case of

car-to-pedestrian accidents, as well as highlighting the possibilities to reduce the serious injuries

by passive safety means. The passive safety regarding car-to-pedestrian accidents is limited, and

one of its most important aspects is the design of the vehicle’s car body. The geometric

parameters of the vehicle’s frontal profile were determined through an original approach. These

parameters were modified in a CAD software, and by using the re-designed vehicles a series of

simulations in order to assess the head injury risk were performed.

Within the PhD. thesis the pedestrian visibility during night-time in function of garment

color was determined, by experimental means. However, based on the determined distances, the

accident avoidance velocity was calculated in the given conditions.

Another novelty is the throwing distance calculation as a consequence of car-to-

pedestrian accidents, in the case where the vehicle braking is delayed. These throwing distances

were determined through a new calculation method, validated through simulations and

experimental means.

Furthermore, a mathematical model able to determine parameters such as velocity and

distance corresponding to the pedestrian head, respectively vehicle during collision, was

developed.

86

Informaţii

personale

Nume /

Prenume Țolea Bogdan Adrian

Adresă(e) Nr 67, Bd-ul Republicii, Cod 315700, Oras Sebis , Jud. Arad, Romania

Telefon(oane) Mobil:+0743422229

E-mail(uri) [email protected] ; [email protected]

Naţionalitate(-

tăţi)

Romana

Data naşterii 28.07.1989

Sex Masculin

Educaţie şi

formare

Universitatea Transilvania Brasov, Programul de studii doctorale, 2014-prezent

Universitatea Transilvania Brasov, Programul de master Securitate Rutieră, Transport

şi Interacţiunea cu Mediul 2012-2014

Universitatea Tehnica din Graz (TU Graz ) , Vehicle Safety Institute , Traffic Accident

Research Master Programme , in perioada 2012- 2015

Univeristatea Transilvania Brasov , Facultatea de Inginerie mecanica , Specializarea

Automotive Engineering (lb.engleza) , in perioada 2008-2012

Grup Scolar Industrial Sebis , in perioada 2004-2008

Experiență

profesională

Stagiar Inspector Daune Auto, Groupama Asigurări, în perioada Octombrie 2015 –

Iulie 2016

Aptitudini și

competențe

personale

Limbi străine cunoscute:

Engleză – avasați

Spaniolă - începători

Operare PC: Pachet Microsoft Office, Pc-Crash, Solidworks, Autodesk Inventor,

Mathcad, Matlab, Gmsh, Autocad, Tracker, Piocket DAQ, OriginPro

Activitate

științifică

14 articole publicate / 5 ca prim autor

Afiliere la

corpuri /

asociații

profesionale

SIAR

mailto:[email protected]

87

Personal

information

Name / Surname Țolea Bogdan Adrian

Adress Nr 67, Bd-ul Republicii, Cod 315700, Oras Sebis , Jud. Arad, Romania

Phone Mobile:+0743422229

E-mail(s) [email protected] ; [email protected]

Nationality Romanian

Birth date 28.07.1989

Sex Masculin

Formation and

education

Universitatea Transilvania Brasov, Programul de studii doctorale, 2014-prezent

Universitatea Transilvania Brasov, Programul de master Securitate Rutieră, Transport

şi Interacţiunea cu Mediul 2012-2014

Universitatea Tehnica din Graz (TU Graz ) , Vehicle Safety Institute , Traffic Accident

Research Master Programme , in perioada 2012- 2015

Univeristatea Transilvania Brasov , Facultatea de Inginerie mecanica , Specializarea

Automotive Engineering (lb.engleza) , in perioada 2008-2012

Grup Scolar Industrial Sebis , in perioada 2004-2008

Professional

experience

Stagiar Inspector Daune Auto, Groupama Asigurări, în perioada Octombrie 2015 –

Iulie 2016

Personal skills and

competences

Limbi străine cunoscute:

Engleză – avasați

Spaniolă - începători

PC operation: Microsoft Office, Pc-Crash, Solidworks, Autodesk Inventor, Mathcad,

Matlab, Gmsh, Autocad, Tracker, Piocket DAQ, OriginPro

Scientific work

14 papers / 5 as first author

Memberships/

Associations

SIAR

mailto:[email protected]

universitatea din craiova - old.unitbv.roold.unitbv.ro/portals/31/sustineri de...

Documents