carpısma testlerı
Transkript
carpısma testlerı
MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNİK EĞİTİM FAKÜLTESİ Çarpışma Testleri HAZIRLAYAN: Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR Emniyet “tehlike bulunmaması hali” olarak tanımlanmaktadır. Ancak taşıt trafiğinde mutlak bir emniyetten söz edilemez. Emniyet kavramı tehlike oranı yada diğer bir deyişle rizikoyu tamamlayıcı bir emniyet derecesi ile ifade edilebilir. Riziko ise kaza olma olasılığı ve kaza sonucu olabilecek zarar miktarı ile belirlenebilir. Emniyetlilik, kaza olasılığı ile mümkün olan zarar oranının çarpımının az olmasıdır. Mercedes’ new GL-Class Ensuring a large SUV protects its occupants and other road users presents a significant challenge. Crash Test Technology International, SEPTEMBER 2012 Emniyeti genel olarak aktif ve pasif emniyet diye ikiye ayrılır. Aktif güvenlik, sürücünün kazadan kaçınması için, taşıtın kumanda ve frenleme yetenekleriyle, bilgilendirme sistemleri ve ergonomik olarak yerleştirilmiş kumandalarını kapsar. Kaza ihtimalinin azaltılması ya da araçların kaza oluşumuna daha az yol açacak biçimde yapılandırılması, araca daha çok aktif güvenlik elemanlarının ilavesiyle mümkündür. Aktif güvenlik elemanları, herhangi bir kaza ihtimali öncesinde, kazadan korunmak için devreye giren veya devrede olan güvenlik elemanlarıdır. Aktif güvenlik; genel olarak algılama emniyeti, sürücünün konumu ve seyir özelliklerini kapsar. • Süspansiyon Sistemleri • Frenler ve Fren Sistemleri • Tahrik ve Yönlendirme Kontrol Sistemleri • Dış Aydınlatma Sistemleri • Sinyal Sistemleri • Ergonomik İç Dizayn ve Sistemleri • Geniş Görüş Açısı ve Görüntü Sistemleri • Silecek Sistemleri • Tekerlek ve Lastik Sistemleri • Sessizlik ve Ses Önleyici Sistemler • Park Yardımı • Etkin Korna Sistemi • Taşıt Hız Kontrol Sistemleri • Navigasyon Sistemi • Taşıttaki Uyarı ve İkaz Sistemleri • • • • • • Pasif emniyet, bir kaza ile karşılaşılması durumunda, kazanın olumsuz sonuçlarını olabildiğince azaltmak amacıyla yapılan bütün yapısal ve tasarım özelliklerini kapsamaktadır. • • • • • • • • • Kapı içi çelik bar sistemleri Enerji sönümleyen direksiyon sistemleri Hava yastığı sistemleri Emniyet kemer sistemleri Ayarlanabilir fren pedal sistemi Baş destekleme veya aktif boyunluk sistemi Çocuk koruma sistemi Aktif diz destekleme sistemi Elektronik kapı kilitleme ve mandallama sistemleri Kaza sonrası yangın önleme sistemi Kaza sonrası acil bilgi sistemi Kaza sonrası kolay çıkış sistemi Kaza sonrası acil aydınlatma sistemi Kaza sonrası elektrik sisteminin kesilmesi Kaza sonrası yakıt sisteminin kesilmesi Şasi ve Karoseri Sistemleri ve Darbe Emici Sistemler: Baş yaralanma kriterinin (HIC - Head Injury Criterion) belirlenmesinde baş ivme değerleri kullanılmaktadır. Göğüs yaralanma kriteri; göğüs kafesinin müsaade edilebilir maksimum ivmesi ile sınırlandırılmıştır. Bacak yaralanma kriteri; kalçaya etki eden kuvveti 10 kN olarak sınırlandırılmıştır. Diğer genel şartlar şunlardır: • Yakıt deposunda sınırlı sızıntı olabilir, • Çarpma sırasında kapılar açılmamalıdır, • Çarpmadan sonra kapılar yeterince açılabilmelidir, • Ön camın koruduğu bölgeye taşıt parçaları girmemelidir, • Direksiyon simidinin yatay kayma miktarı < 10 cm olmalıdır, • Yolcu mahallindeki kapaklar açılmamalıdır, • Hayati hacim boyutları küçülmemelidir. Bu şartların tamamlayıcısı olarak, darbe durumunda enerji absorbe edebilme özelliği bulunan ön yapı, belirli ve olabildiğince düzgün bir yavaşlama ivmesine sebep olmalıdır. Yolcu bölümü ise, mümkün olabildiğince sağlam ve şekil değişimine karşı dirençli olmalıdır. Eskinin ağır gövdeleri yerine, günümüzde uzay kafes (SF-space frame) sistemine göre üretilmekte olan yüksek dayanımlı profillerden yapılan hafif gövdeler ve çarpışma anındaki darbe kuvvetinin yolcu kafesine ulaşmadan sönümlenmesi için eklenen ön deformasyon kuşakları çarpışma anındaki kuvvetleri önemli ölçüde absorbe ederek hayat kurtarıcı bir fonksiyon üstlenmektedir. Darbe Emici Sistemler; gövde yapısı önden, arkadan ve yandan çarpmalardaki darbeyi sönümleyecek şekilde yapılmıştır. Takviye saçları ve elemanları sayesinde kabin deformasyonu minimumda tutularak yolcuların mükemmel korunması düşünülmüştür. Ön/Arka Çarpışmalarda Darbe Sönümleyici Yapı; ön ve arka çarpışmalarda mükemmel darbe sönümleme yapısı sayesinde kabini çevreleyen ön tampon takviyesi, alt gövde elemanları birbirine mükemmel şekilde bağlanmıştır. Önden ve arkadan çarpışma durumlarında alt gövde ve kabin şasisi darbe enerjisinin etkisini azaltmaya ve yaymaya yardımcı olur. Bunun sonucu olarak kabin deformasyonu en aza indirgenir. Şasi kolları üzerindeki çentikler sayesinde ön şasi kolları çarpışma enerjisini azaltmaya yardımcı olur. Bunun sonucu olarak motor da ön çarpışmalarda nispeten korunmuş olur. Yan Çarpışmalarda Darbe Emici Yapı; ön ve arka kapıların alt iç kısmına boru tipli çelik barlar monte edilmiştir. Ön ve arka kapıların iç ve dış kısmına monte edilen takviye saçları kapılara yandan gelen darbe enerjisini sönümler. Yan çarpışmalarda darbe enerjisi direk takviye saçları, çelik barlar, taban traversi yoluyla yolcu kabinine yayılır. Bu yayılmada bu elemanlar vasıtasıyla kabine direk giden enerji seviyesi minimumda tutulur. Bunlara ilave olarak kabin güvenliği açısından gövdede maksimum korunmayı sağlamak için yüksek mukavemetli çelik saçlar birbirine kaynatılmıştır. İlaveten baş bölgesi darbe koruyucu yapıda yapılmıştır. Kapı İçi Çelik Bar Sistemleri; her kapıda en az 2 adet çelik bar sistemi bulunur ve yandan gelen darbelerde karşı mukavemet sağladığı gibi çarpışma enerjisinin de gövde üzerinde dağılımını sağlar. Ayrıca sürücü ve yolcuların üzerine gelebilecek olan hasarı minimize eder. An example crash test requirement profile Bernd Heißing | Metin Ersoy (Eds.), Chassis Handbook Fundamentals, Driving Dynamics, Components, Mechatronics, Perspectives, 2011 Doğrusal momentum (“moment” ile karıştırılmamalıdır!), bir doğru boyunca hareket eden bir cismin hareket miktarının (taşıdığı hareketin) bir ölçüsüdür. Bir parçacığın doğrusal momentumu, eğer cismin hızı v ve kütlesi m ise, kütle ve hızın çarpımı olarak tanımlanır. Momentum p=mv şeklinde ifade edilir. Hız, v, vektörel olduğundan, p momentum da vektörel bir niceliktir (Bir vektörün skaler ile çarpımı hatırlanırsa, (skaler.vektör=vektör). Momentum vektörünün yönü hız ile aynı yönlüdür. Bölüm 9: Doğrusal Momentum, Hazırlayan: Dr. H.Sarı; http://eng.ankara.edu.tr/~hsari; Temmuz 2008 SI birim sisteminde birimi ise kg.m/s’dir. Nasıl ivme cismin hızındaki artışın, enerji de iş yapabilmenin bir ölçüsü ise, momentum da bir cismin sahip olduğu hareket miktarının ölçüsüdür. Momentum kavramını daha iyi anlamak için aynı hıza sahip olan bir kelebek ile bir kamyonu düşünelim. Bu iki cisim aynı hıza sahip olmalarına karşın, karşılarına çıkabilecek herhangi bir cisme verebilecekleri zarar oldukça farklıdır. Bu farkın nedeni, kütlelerinden dolayı taşıdıkları hareket miktarının farklı oluşundandır. Dolayısı ile sağduyusal olarak bunu bildiğimiz için her zaman hızı yavaş da olsa bir kamyonun üzerimize gelmesini istemeyiz ama kelebek için bunu fazlaca önemsemeyiz. Şimdi, taşınan hareket miktarı ile yani momentum ile kuvvet arasında nasıl bir ilişki olduğunu bulmaya çalışalım. Kuvvet ile momentum ilişkisinin; Bölüm 9: Doğrusal Momentum, Hazırlayan: Dr. H.Sarı; http://eng.ankara.edu.tr/~hsari; Temmuz 2008 Şimdi, taşınan hareket miktarı ile yani momentum ile kuvvet arasında nasıl bir ilişki olduğunu bulmaya çalışalım. Kuvvet ile momentum ilişkisinin; şeklinde olduğunu görürüz. Bu, “bir parçacığın doğrusal momentumundaki değişme hızı, parçacığa etkiyen net kuvvete eşit” olduğunu ifade eder. Eğer bir parçacık üzerine etkiyen net kuvvet sıfır ise bu parçacığın momentumunun zamana göre türevi (değişimi) de sıfır olur ve dolayısı ile doğrusal momentum sabit kalır, yani korunur. Bölüm 9: Doğrusal Momentum, Hazırlayan: Dr. H.Sarı; http://eng.ankara.edu.tr/~hsari; Temmuz 2008 Çarpışmalar Kütleleri m1 ve m2, hızları da sırası ile v1 ve v2 olan bir sistemi göz önüne alalım ve bu iki kütlenin çarpışması durumunda ilk ve son durumlarının ne olacağına bakalım. Eğer sisteme etki eden herhangi bir dış kuvvet (örneğin sürtünme) yok ise sistemin momentumu korunur. Buradan şu sonucu çıkarabiliriz: yalıtılmış bir sistemin çarpışmadan önceki (pi) toplam momentumu, çarpışmadan sonraki (ps) toplam momentuma eşittir. Bölüm 9: Doğrusal Momentum, Hazırlayan: Dr. H.Sarı; http://eng.ankara.edu.tr/~hsari; Temmuz 2008 İki aracın çarpışması: Trafik ışığında durmakta olan 1800 kg kütleli bir araca 900 kg kütleli küçük bir araç arkadan çarpar ve iki araç birlikte sürüklenir. Çarpışmadan önce küçük aracın hızı 20 m/s ise, çarpışmadan sonra birleşik kütlenin (araçların) sürüklenme hızı ne olur? Çözüm: Çarpışmadan önce sistemin momentumu: pi=m1.v1i +m2.v2i pi=(1800 kg).0+(900 kg).(20 m/s)=18000 kg.m/s Çarpışmadan sonraki sistemin momentumu: ps=(m1+m2).vs pi=ps (18000 kgm/s)=(m1+m2)vs vs=(18000 kgm/s)/(1800 kg)+900 kg)=6,67 m/s Bölüm 9: Doğrusal Momentum, Hazırlayan: Dr. H.Sarı; http://eng.ankara.edu.tr/~hsari; Temmuz 2008 Bir Boyutta Esnek ve Esnek Olmayan Çarpışmalar Dış kuvvetlerin olmadığı bir çarpışmada momentumun korunduğunu biliyoruz. Fakat çarpışmanın türüne bağlı olarak kinetik enerji sabit kalmayabilir. Kinetik enerjinin çarpışmadan önce ve sonra aynı olup olmaması çarpışmanın esnek veya esnek olmadığını belirlemede kullanılır. Esnek Çarpışma: Toplam momentum ve toplam kinetik enerjinin çarpışmadan önce ve sonra sabit kaldığı çarpışmadır. Esnek Olmayan Çarpışma: Momentumun korunduğu halde toplam kinetik enerjinin çarpışmadan önce ve sonra aynı olmadığı çarpışmadır. Tamamen Esnek Olmayan Çarpışmalar: Çarpışma sonrasında çarpışan kütlelerin birbirlerine yapışarak ortak bir v hızı ile hareket ettikleri çarpışmadır. Bölüm 9: Doğrusal Momentum, Hazırlayan: Dr. H.Sarı; http://eng.ankara.edu.tr/~hsari; Temmuz 2008 Bölüm 9: Doğrusal Momentum, Hazırlayan: Dr. H.Sarı; http://eng.ankara.edu.tr/~hsari; Temmuz 2008 Esnek Çarpışmalar Bölüm 9: Doğrusal Momentum, Hazırlayan: Dr. H.Sarı; http://eng.ankara.edu.tr/~hsari; Temmuz 2008 Understanding Car Crashes: It’s Basic Physics!, Teacher’s guide for grades 9–12 by Griff Jones, Ed.S. Example: Show mathematically why an 80,000 pound (36,000 kg) big rig traveling 2 mph (0.89 m/s) has the SAME MOMENTUM as a 4,000 pound (1,800 kg) sport utility vehicle traveling 40 mph (18 m/s). Momentum is the product of an object's mass and velocity. The formula is p = mv. The product of each is equivalent. The SI unit for momentum is the kilogram x meter/second (kg x m/s). Truck momentum = (36,000 kg)(0.89 m/s) = 32,000 kg x m/s SUV momentum= (1,800 kg)(18 m/s) = 32,000 kg x m/s Understanding Car Crashes: It’s Basic Physics!, Teacher’s guide for grades 9–12 by Griff Jones, Ed.S. Show mathematically why a small increase in your vehicle’s speed results in a tremendous increase in your vehicle’s kinetic energy. (For example: doubling your speed from 30 mph to 60 mph results in a quadrupling of your kinetic energy.) The velocity is squared in the equation; therefore if the speed is first doubled then squared, its kinetic energy must quadruple to keep the equation balanced. KE = 1/2 mv1^2 4KE = 1/2 m(2v1)^2 Understanding Car Crashes: It’s Basic Physics!, Teacher’s guide for grades 9–12 by Griff Jones, Ed.S. How about head-on collisions with cars of the same speed but different masses? Let’s say your heavy car is hit by a lighter car. What happens to your car? Your car is more massive therefore it has more momentum than the lighter car. When the cars collide, your heavier car would keep going in its original direction. Now, what if your car is hit by a heavier car? The heavier car would drive your car backward during the crash. For example, if both cars were traveling at 30 mph and the heavier car had twice the mass of your car, then the passenger compartment of your lighter car would be decelerated from 30 mph to 0 mph and then accelerated backward to 10 mph. The speed change would be 40 mph for the lighter car, but the heavier car would experience a speed change of only 20 mph. Your lighter car causes you to experience greater changes in speed which result in greater forces applied to your car. Ouch! Understanding Car Crashes: It’s Basic Physics!, Teacher’s guide for grades 9–12 by Griff Jones, Ed.S. The most widely used vehicle safety systems worldwide are those modeled after the New Car Assessment Program (NCAP), introduced by the National Highway Traffic Safety Administration (NTHSA) in the U.S in 1979. This program has branched into several regional programs including Australia and New Zealand (ANCAP), Latin America (Latin NCAP), China (C-NCAP) and Europe (Euro NCAP). David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, Crash tests on cars in the European market are most often tested according to the Euro NCAP standards. These tests are not mandatory, so vehicles are either tested on initiative by Euro NCAP or by the manufacturers themselves [1]. The tests used are based on the Whole Vehicle Type Approval (ECWVTA) directive by the European Commission [7], which dictates the requirements for making a vehicle legal for sale within the European Union. Euro NCAP’s performance requirements are higher than those described in the directive, and are constantly increasing to inspire safety improvements. Safety ratings are reported by star ratings. David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, The Euro NCAP tests have undergone several evaluations to estimate the effectiveness of the test procedures. These studies show that every added star represents a 12% reduction in collision fatality rates [9]. The crash tests conducted by Euro NCAP are [10]: • Frontal impact into a deformable offset barrier at 64 km/h. • Car to car side impact into the driver’s door at 50 km/h. • Pole side impact into rigid pole at 29 km/h. • Pedestrian impact at 40 km/h. • Rear impact whiplash injury test David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, These tests include child protection tests and the implementation of active safety assisting equipment like electronic stability control (ESC), seat belt reminders, speed limitation devices and anti-lock braking systems (ABS) [10]. Crash test scores are then declared with respect to and weighed according to: • 50% - Adult occupant assessment • 20% - Child occupant assessment • 20% - Pedestrian assessment • 10% - Safety assist assessment Figure 1: Euro NCAP’s weighing of test results from each assessment protocol to obtain the final score. David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, Safety Assisting Equipment Unlike all other Euro NCAP testing procedures, the safety assist functions do not require any destructive testing. The aim with the protocol is promote standard fitment of safety assisting equipment such as Electronic Stability Control (ESC), Anti-Locking Brakes (ABS), Seat Belt Reminders and Speed Limitation Devices. The scoring of these systems is based on primarily the fitment of such equipment and secondary on the performance of this equipment. David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, Frontal Impact Euro NCAP frontal impact tests are performed at an impact velocity of 64 km/h, 8 km/h higher than limits legislated by ECWVTA. The test shall represent two similar cars colliding with each other in a 40% offset impact, which is considered as the most common traffic accident resulting in severe injury or death. 40% meaning that the 40% of the vehicles frontal structure is struck in the impact. Figure A.2 Frontal impact crash test setup David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, Frontal Impact The protection level is assessed using a frontal impact crash test dummy which measure accelerations, forces, deflections and deformations. Çarpışma testlerinde kullanılan mankenler (Dummy) Yapılan çarpışma testlerinde oluşabilecek yaralanmaları belirleyebilmek için elektronik sensörlerle donatılan son derece gelişmiş mankenler (dummy) kullanılmaktadır. Aynı zamanda üretici firmaların önerdiği çocuk koltukları da araca yerleştirilip çarpışmalarda çocukları koruyup korumadığı belirleniyor. Crash test dummy results are presented using a five step scale. David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, Car to Car Side Impact Car side impact tests are performed by using a movable deformable barrier as seen in Figure. The impact is centered at the driver’s door at an impact velocity of 50 km/h. Figure : Car to car side impact test setup. David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, Car to Car Side Impact The aim with the test procedure is to assess any intrusion and occupant protection obtained from the cars side structure, but also to encourage the implementation of side airbags. To assess the occupant protection a side impact test dummy is used. Measures that are recorded are accelerations, forces, moments and deflections. Figure: Side impact crash test dummy rating. David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, Pole Side Impact The pole side impact tests goal is to encourage the fitting of head protection devices such as side impact head or curtain airbags and padding. Since the pole is relatively narrow, 10’’, or 254 mm, major intrusion is a common result. The test is performed by propelling the vehicle into a rigid pole at 29km/h, representing the vehicle skidding into a pole or a tree, see Figure. Since 2009 this test is mandatory in the assessment process, and focuses on head, chest and abdomen protection. Before 2009 it was an optional test for manufacturers to demonstrate the efficiency of their head protection features. Figure: Pole side impact test setup David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, Pole Side Impact Figure: Pole side impact crash test dummy rating. David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, Pedestrian Protection The pedestrian protection protocol has been a part of Euro NCAP since the start in 1997. Up to 2009 this test had a separate star rating but is now an integral part of the overall rating scheme seen in Figure A.1. Euro NCAP performs a series of tests to evaluate the pedestrian protection for both adult and child pedestrians. During the tests individual vehicle components are assessed to have a better control of the pedestrian impact locations. A legform is used to test the protection of the lower leg towards the front bumper, an upper legform to test the protection towards the leading edge of the bonnet and a child and adult headform to test the protection towards the bonnet top area and windscreen. The tests shall represent an impact velocity of 40 km/h. Figure: Pedestrian impact test setup and rating system. David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, Whiplash Protection The whiplash testing procedure is not a crash test involving the actual vehicle, but instead the seat and head rest assembly. The test is performed with the use of a crash sled on which the vehicle seat with a crash test dummy is fitted. The sled is then subjected to three different crash pulses with varying severity; low, medium and high. The low severity pulse accelerates the sled to approximately Dv=16 km/h in 100ms, and the high severity pulse to approximately Dv=25 km/h in 100ms [23][36]. These pulses are derived from both real world crashes and insurance industry research. The whole concept of whiplash injury is not yet entirely understood, especially the injury causing mechanisms of it, but the high frequency of this injury type has motivated Euro NCAP to include it into its adult occupant protection protocol since January 2009. Figure: Rear impact whiplash rating. David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, Child Protection The child occupant protection is a part of the frontal and car-to-car side impact testing procedures, but also addresses usability of the child restraints (CRS). Since it has shown that many child restraint users fail to secure the restraint safely to the car, Euro NCAP encourage improvements to child restraint design and the installation of standardized mountings such as ISOFIX. In the testing, dummies representing 18 month and 3 year old children are used (Figure 1-2), and the score depends on the child seats dynamic performance in frontal and side impact tests. Additionally, fitting instructions, airbag warning labels and the vehicles ability to accommodate the child restraint safely is also included in the overall scoring. Figure: Child protection testing rating scheme of 18 month old child. Figure: Child protection testing rating scheme of 3 year old child. David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, Child Protection A- Dynamic Assessment B- Frontal Impact C- Side Impact David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”, Child Protection D- Child Restraint Based Assessment E- Vehicle Based Assessment David Egertz, Sohrab Kazemahvazi, Stefan Hallström, “Novel Safety Requirements and Crash Test Standards for Light-Weight Urban Vehicles”,