UNIVERZITET U ZENICIMAŠINSKI FAKULTET

Katedra za Automatizaciju i Metrologiju

Predmet: Ispitivanje proizvoda

Akademska godina: 2013/2014

CRASH TESTOVI-seminarski rad-

Student: Mentor:

Anel Baručija doc.dr. Samir Lemeš

Rezime: U ovom seminarskom radu najprije ćemo se upoznati sa pojmom crash testova i njihovim razvojem kroz historiju. Zatim ćemo navesti i obrazložiti vrste crash testova kao i načine na koje se ovi testovi izvršavaju. Također, objasnit ćemo pojam tzv. „crash test dummies“ ili crash lutki, navesti koje vrste lutaka se upotrebljavaju pri testiranju i ukazati na značaj koji crash testovi imaju kada se radi o zaštiti ljudskih života.

Ključne riječi: crash test, crash test dummies, udar, euroncap

UvodPočetkom sedamdesetih godina mnoge evropske institucije počele su raditi na razvoju procedure i opreme neophodnih za vršenje testova kako bi se osiguralo povećanje pasivne sigurnosti putnika u vozilima. Kao rezultat toga, devedesetih godina razvijena je procedura crash testova za zaštitu putnika kod frontalnih i bočnih sudara, te djelimična procedura kod naleta automobila na pješaka. Najprije su u Evropi i SAD provođeni samo frontalni sudari, a nakon toga je počelo testiranje na bočne sudare i pri naletu vozila na pješaka. Namjena prvih evropskih crash testova je bila da se kupac detaljnije upozna sa sigurnošću vozila. Te prve testove izvodio je njemački klub ADAC. Tom prilikom korištena je tehnika frontalnog udara vozila o čvrstu prepreku, nakon čega su se rezultati takvih crash testova počeli objavljivati kao javne informacije, dostupne potencijalnim kupcima. Evropski program ocjenjivanja novih automobila – EuroNCAP-a razvio se tokom 1996.godine, a inicijator njegovog osnivanja bila je Svjetska automobilistička organizacija – FIA.

Crash test-definicijaCrash test je oblik destruktivnog testiranja koje se obično obavlja kako bi se utvrdili sigurni dizajnerski standardi u otpornosti na sudare i kompatibilnosti pri nesrećama za različite oblike prijevoza ili sličnih sistema i komponenti. Drugim riječima, crash testovi vozila se obavljaju da bi se utvrdio nivo zaštite koji vozila obezbjeđuju prilikom sudara.

Historijski razvoj crash testovaCrash testove sigurnosti automobila u sudaru započeo je Mercedes-Benz 1948.g. modelom 170 S. Od 1997.g. crash testovi su propisani standardom Euro NCAP (New Car Assessment Programme). Ubrzo Euro NCAP postaje jedan od najvažnijih faktora koji utječu na poboljšanje sigurnosti novih automobila. Prvi rezultati testiranja predstavljeni su novinarima 1997.g. Godine 1999. Operativnu kontrolu Euro NCAP preselio je u novo sjedište – Bruxelles. Od 2003.g. Euro NCAP je najavio i uvođenje testiranja zaštite djece u automobilu. Istraživanja su pokazala da preko 60% djece ne koriste zaštitu koja im je namjenjena. U februaru 2008.g. Euro NCAP je po prvi put uveo testiranje pick-up vozila. Kako su primijetili da takva vrsta vozila više ne služi samo za prijevoz robe već ih koriste i porodice morali su započeti sa testiranjima. Rezultati su bili jako loši odnosno niko nije dobio više od 4 zvjezdice.

2

Slika 1. Mercedes-Benz 170 S (1948.g.) [1]

Načini izvođenja i vrste crash testovaEuro NCAP crash test simulira udar u kojem najčešće dolazi do teških ili smrtnih ozljeda. Rezultati testa ne odnose se na svaki tip sudara, ali automobili koji zadovolje ovaj test trebali bi osigurati pouzdanu zaštitu u širokom rasponu nesreća. Sistem ocjenjivanja od jedne do četiri zvjezdice pokazuje nivo zaštite kao i „blagonaklonost“ prema pješacima. Svi testovi izvode se s pojasom vezanim putnicima jer bi to tako trebalo biti. Osim što svi automobili imaju pojaseve za sve putnike, to je i zakon u svim zemljama Evrope.

Frontalni sudarFrontalni sudar odvija se pri brzini od 64 km/h (40 mph). Automobil udara u nepokretnu prepreku, koja ispred sebe ima aluminijum u obliku saća, koji se deformiše. Cilj ovog testa je da simulira najčešću vrstu sudara na putevima sa teškim i fatalnim povredama. Simulira se udar automobila u drugi auto slične mase. Auto ne udara u prepreku cijelom svojom širinom, nego sa 40% širine, jer je to najčešća situacija u saobraćaju. Prepreka ima aluminijum koji se deformiše, jer on dobro predstavlja strukturu drugog automobila. Ovaj test je ozbiljan ispit sposobnosti automobila da doživi frontalni sudar, a da sačuva putničku kabinu nedeformisanu.

Slika 2. Euro NCAP simulacija frontalnog sudara [4]

3

Slika 3. Frontalni sudar [12]

Prilikom testiranja, rezervoar automobila se napuni vodom, kako bi održao masu vozila, bez zapaljenja. Na određene tačke vozila se lijepe oznake.

Slika 4. Oznake koje se lijepe na vozilo [3]

Prije udara, izvrši se mjerenje koordinata (položaja) zalijepljenih oznaka. Na osnovu toga se nakon udara analizira stepen deformacije. Senzori služe da tokom udara mjere sile, ubrzanja, momente, progibe i pomjeranja.

4

Prije udara mjere se udaljenosti pojedinih tačaka lutke.

Slika 5. Udaljenosti pojedinih tačaka lutke koje se mjere prije udara [3]

Udar se snima brzim kamerama (400+ fps).

Slika 6. Brza kamera za snimanje crash testa [9]

5

Slika 7. Raspored kamera za snimanje frontalnog udara [3]

Bočni sudarBočni sudar (bočni crash test) obavlja se pri brzini od 50 km/h (30 mph). U ovom sudaru pokretna kolica sa deformabilnim blokom udaraju u vozačeva vrata simulirajući bočni udarac. Zaštita od povreda ocjenjuje se mjerenjima na lutki koja je smještena na vozačevo sjedište. Dimenzije i udaljenosti koje treba da se izmjere prije sudara se razlikuju od onih za frontalni sudar.

6

Slika 8. Euro NCAP simulacija bočnog sudara [4]

Slika 9. Bočni udar [13]

Prilikom testiranja na bočni udar, priprema vozila je slična kao kod frontalnog udara. Razlikuje se raspored kamera.

7

Slika 10. Rapored kamera za snimanje bočnog udara [3]

Udar u stubŠirom Evrope, oko 25% ozbiljnih i smrtonosnih povreda dešava se u bočnim sudarima. Veliki broj ovih povreda nastaje kada automobil bočno naleti na bočnu stranu drugog automobila, ili na neku drugu prepreku, kao što su drvo, stub ili bandera.

Ovi testovi se vrše s ciljem da se proizvođači automobila ohrabre da ugrađuju zaštitu za glavu putnika. Zračni jastuci za glavu ili „zračne zavjese“ služe da zaštite glavu i gornji dio tijela putnika od prolaska kroz otvoren prozor. Test se izvodi pri brzini od 29 km/h i tom prilikom automobil bočnom stranom nalijeće na stub. Obzirom na to da je prepreka relativno uska, samim tim je njen prodor u kabinu veliki. Bez ugrađene zaštite, glava vozača bi mogla prejako da udari u stub, što bi moglo da izazove fatalne posljedice. Zračni jastuci za glavu čine da je ovakve situacije moguće preživjeti.

Dimenzije i udaljenosti koje treba izmjeriti prije sudara se razlikuju od onih za frontalni sudar. Za brze kamere potrebno je posebno jako osvjetljenje.

8

Slika 11. Euro NCAP simulacija bočnog udara u stub [4]

Slika 12. Bočni udar vozila u stub [14]

9

Zaštita pješakaKod procjene sigurnosti za pješake u slučaju naleta automobila izvodi se nekoliko testova i to za odrasle pješake i djecu. Brzina kretanja automobila iznosi 40 km/h (25 mph), a ocjenjuje se mjesto udarca u noge i mjesto na koje glava pješaka udara u automobil. Udarne zone se tada ocjenjuju kao dovoljne, slabe ili loše. Posebno se ocjenjuje udar branika na donji dio noge, ivice haube na gornji dio noge i haube na dječiju glavu i glavu odraslog čovjeka. Obzirom na to da je teško utvrditi zaštitu pješaka koristeći cijelu lutku i da nije moguće kontrolisati gdje će pješak udariti glavom nakon nezgode, za testiranje se koriste komponente lutke za pojedinačne testove sudara s pješakom.

Slika 13. Euro NCAP test bezbjednosti pješaka [4]

Slika 14. Test naleta automobila na pješaka [8]

10

Crash test dummiesLutke za testiranje sudara su neizostavni dio automobilske industrije. Same lutke čine niz uređaja koji skupljaju podatke. Mnoge kompanije imaju svoje specifične lutke koje sami dizajniraju i koje koriste u značajnoj mjeri kako bi stekli uvid u fiziku samog sudara i uticaje koje sudar ima na ljudsko tijelo. Kompanije stalno unaprijeđuju lutke dodajući im nove senzore i kontrolne uređaje.

Postoje dvije vrste lutaka za crash testove:

- EuroSID-1: za bočne udare

- Hybrid III: za frontalni udar

Slika 15. Crash test lutka (Crash test dummie) [16]

EuroSID-1SID (Side Impact Dummy) familija lutaka za testiranje dizajnirana je za mjerenje utjecaja bočnih sudara na rebra, kičmu i nutrašnje organe čovjeka. To je čovjekolika lutka koja ima fizičke karakteristike čovjeka, a u svim relevantnim dijelovima tijela ima ugrađene senzore. Senzori bilježe sile koje u trenutku sudara djeluju na tijelo (udarci, usporenje) i onda se u skladu sa medicinskim mjerilima ocjenjuje koliko je koji dio tijela bio ugrožen prilikom sudara.

Glava lutke je izrađena od aluminija i u njoj se nalaze tri senzora koji su ugrađeni pod pravim uglom i bilježe silinu udarca i usporenja, dok se u vratu mjeri sila savijanja, kako u trenutku sudara tako i pri povratnom udarcu glave o naslon sjedala.

11

Slika 16. Glava crast test lutke [15]

Na rukama ne postoje senzori jer, iako ruke često stradaju u sudaru, nemoguće ih je adekvatno zaštititi. U prsima lutke nalaze se čelična rebra koja bilježe deformaciju grudnog koša, a još zasebna tri senzora pokazuju kompresiju grudnog koša u slučaju bočnog udara.

Osim u abdomenu, EuroSID-1 ima senzor u zdjelici koji bilježi i iščašenje kuka. Područje nogu podijeljeno je na natkoljenice, potkoljenice te gležnjeve i stopala, a tu se bilježe jačine udaraca, savijanja, pritisaka, distorzija i naprezanja.

Slika 17. Senzori u grudnom košu lutke za testiranje [3]

12

Slika 18. Abdomen i karlica sa senzorima za mjerenje pritiska i sile [3]

Hybrid III

Hybrid III lutka se koristi u testovima frontalnog sudara. Na tijelu Hybrid III, od glave do pete, raspoređena su 44 senzora koji bilježe nevjerovatnih 35 do 40 hiljada podataka u tipičnom sudaru koji se desi u vremenu od 100 do 150 milisekundi. Lutke su u potpunosti standardizovane, što znači da se oštećeni dijelovi lako mogu zamijeniti dijelom s druge jednake lutke. Svaka lutka se može koristiti za više testiranja.

Crash test centriPostoji veliki broj crash test programa koji su posvećeni tome da potrošačima pruže približne informacije o sigurnosnim performansama novih i polovnih automobila. Ovi programi provode se u centrima za testiranje širom svijeta.

Vodeći crash test centri su smješteni u:

1. SAD (National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA)

2. Australija (Australasian New Car Assessment Program (ANCAP)

3. Japan (Japan New Car Assesssment Program (JNCAP)

4. Evropa ( European New Car Assessment Programme) - (ADAC) u Njemačkoj

13

Virtualni crash testoviPrije desetak i više godina jedini način da se ostvare koliko-toliko pouzdani rezultati testiranja različitih modela automobila bio je da se vrše testiranja na pravim modelima i to na posebno pripremljenim poligonima. U većini slučajeva bilo je potrebno uraditi nekoliko testova istog modela, kao i sa različitim scenarijima sudara. Obzirom da su ova testiranja jako skupa, težilo se tome da se pronađu bolji i efikasniji načini izvođenja crash testova. Savremeno računarstvo je upravo u polju testiranja na sutomobilske nesreće uspjelo da dokaže svoju efikasnost i da ostvari ogromne uštede uz pomoć svojih računarskih simulacija.

Prvi pokušaji definisanja modela za određene zakonitosti u procesu sudara i pokušaji primjene za analizu saobraćajnih nezgoda vezuju se za drugu polovinu prošlog vijeka. Godine 1952. kreiran je pionirski program u istraživanju bezbjednosti na putevima ACIR, s ciljem utvrđivanja povreda putnika u automobilu koji su učestvovali u saobraćajnim nezgodama, kako bi se spriječile povrede ili ublažile kroz bolji dizajn vozila.

Tokom sedamdesetih godina prošlog vijeka, u laboratoriji Calspan razvijen je kompjuterski algoritam koji je nazvan CRASH (Calspan Reconstruction of Accident Speeds on the Highway). Ovaj program je računao sudarne brzine vozila u saobraćajnoj nezgodi.

Razvojem digitalnih računara omogućen je novi pristup analizi sudara vozila, pa je ranih sedamdesetih, razvijen simulacioni program za rekonstrukciju sudara automobila SMAC (Simulation model of Automobile Collisions) u laboratoriji Calspan.

U kasnim devedesetim pojavljuje se program za simulaciju sudara pod nazivom EDSMAC4.

PHASE je program za simulaciju dinamike teških vozila koji je sedamdesetih godina razvijen na Univerzitetu u Mičigenu pod pokroviteljstvom Američke federalne vlade.

EDC je 2001. godine razvila novi HVE kompatibilan simulacioni model SIMON (Simulation Model Nonlinear). To je 3D nelinearni simulacioni model koji predstavlja najnovija dostignuća iz oblasti softvera i simulacione tehnologije, uključujući i DyMesh sudarni model.

U današnje vrijeme jedan od najpopularnijih programa za simulaciju automobilskih nesreća (crash testova) je LS-DYNA3D. Postoji više verzija ovog programa za različite namjene, a osnovna funkcija mu je da simulira fizičko ponašanje stvarnih 3D struktura pri različitim

uticajima.

14

Slika 19. 3D simulacija frontalnog udara [19]

Virtualne crash lutkeTrenutno se u Euro NCAP testovima sigurnosti koriste lutke Hybrid III i EuroSID-II. Obje lutke imaju čelični kostur koji je obložen gumom i opremljene su senzorima koji bilježe brojne podatke prilikom sudara. Proizvodnja jedne ovakve lutke je jako skupa i košta više od 130000 eura. Upotreba ovih lutaka omogućila je sticanje novih informacija o utjecaju udarnh sila na ljudsko tijelo prilikom sudara. Zahvaljujući njima, otkriveno je kolikom brzinom glava vozača udari u zračni jastuk ili kolikom silom sigurnosni pojas zategne tijelo. Međutim, ove lutke nam ne kazuju ništa o djelovanju udarnih sila na krvni sistem, kosti i ligamente koji se prilikom sudara u ljudskom tijelu natuku, istegnu i pucaju.

Dok savremeni automobili skupljaju Euro NCAP zvjezdice, s druge strane se udružuju sveučilišta, bolnice i proizvođači automobila s ciljem sastavljanja nove testne lutke, koja će pomoći da spoznamo šta se zaista događa prilikom sudara te kako automobile učiniti još sigurnijim. Testna lutka novog doba bit će znatno složenija i bolje će oponašati ljudsko tijelo. Također, nova lutka se neće moći opipati, jer će postojati isključivo u računaru. Elementi ovog virtualnog modela razvijaju se već decenijama, ali u većini slučajeva dobijeni su primitivni rezultati. Zbog toga su se proizvođači automobila, dobavljači autodijelova i razni odjeli za biomehaničke znanosti brojnih svjetskih univerziteta udružili kako bi dobili novi, precizniji, kompleksni digitalni model čovjeka. Stvaranje takvog modela zahtijeva ogroman trud najsposobnijih računarskih programera. Najbolji svjetski naučnici u polju biomehanike sastavljaju detaljne računarske modele ljudskog tijela kako bi saznali više o tome šta se događa u tijelu čovjeka za vrijeme sudara (Slika 19.).

Slika 20. Virtualni prikaz reakcije pojedinih dijelova ljudskog tijela na udarne sile [7]

15

Na slici je prikazana reakcija vrata pri stražnjoj udarnoj sili od 9 G-a. Unutrašnji organi stišću se od udarca zamišljenog zračnog jastuka ili naslona za ruke. Detaljniji pogled u područje zdjelice omogućit će doktorima da saznaju gdje dolazi do ozljede kukova.

Prednosti virtualnih lutakaVirtualna lutka donijet će niz prednosti. Proizvodnja i upotreba gumenih lutaka je jako skupa, dok troškovi korištenja virtualnih lutaka skoro da ne postoje jer oštećenja, kao i same lutke, ne postoje. Također, virtualni model ljudskog tijela može se sudariti na bilo koji način i staviti u bilo koji automobil, čija su svojstva i geometrija u potpunosti računarski kreirani i pohranjeni u računarima.

„Glupa“ lutka „Pametna“ lutka

Životni vijek: 10 godina Životni vijek: besmrtna

Visina: 150, 175 i 188 cm Visina: beskonačno promjenljiva

Težina: 50, 80 i 100 kg Težina: beskonačno promjenljiv

Cijena: 150.000 eura Cijena: oko 11 miliona eura

Cijena crash testa: Cijena crash testa: 0 eura

200.000 eura

Broj senzora: 55-200 Broj senzora: 100.000-3.000.000

Slika 21. Prednosti virtualne „pametne“ lutke u odnosu na gumenu „glupu“ lutku [7]

Virtualni modeli bolje će oponašati različite tipove tijela. Na primjer, Azijci imaju duža torza i kraće noge od bijelaca. kosti starijih ljudi su krhkije od kostiju mlađih osoba itd. O tome se rijetko razmišlja, a upravo takve osobine, koje standardne lutke ne mogu oponašati, mogu biti od presudnog značaja. Iako su virtualne lutke nakrcane podacima i velikim brojem senzora, još uvijek su u fazi razvoja. Za proračune simulacija sudara s tijelima ili dijelovima tijela koji se sastoje od 100 hiljada dijelova tkiva, današnjim računarima treba oko 24 sata. Konačni cilj je razviti virtualni model tijela koji će se sastojati od jednog do tri miliona dijelova. U odnosu na trenutna postignuća, naročito u usporedbi s lutkama koje imaju između 55 i 200 senzora, ovi planovi djeluju prilično impresivno i bez sumnje će otvoriti vrata efikasnijim metodama zaštite ljudi u automobilima.

16

ZaključakKada je riječ o sigurnosti putnika u vozilima, crash testovi imaju presudnu ulogu. Zahvaljujući rezultatima crash testova koje redovno objavljuje EuroNCAP, potencijalni kupci su u mogućnosti dobiti adekvatne informacije o bezbjednosti različitih modela automobila. Obzirom da živimo u modernom dobu, gdje se nauka i tehnologija razvijaju velikom brzinom, tako se i crash testiranja svakodnevno poboljšavaju kako bi se dobili što precizniji i kvalitetniji podaci, s ciljem povećanja sigurnosti putnika u automobilima. Zahvaljujući rezultatima dosadašnjih crash testova, u polju bezbjednosti putnika postigao se veoma dobar rezultat i značajno je smanjen broj žrtava u saobraćajnim nesrećama.Iako dosadašnji crash testovi daju zadovoljavajuće rezultate, u posljednjih nekoliko godina teži se tome da se započne provođenje tzv. virtualnih crash testova. Prednosti ovih testova su višestruke jer ne zahtijevaju specijalne poligone za testiranje, jeftiniji su, imaju neograničene mogućnosti mijenjanja pojedinih faktora prilikom testiranja i u potpunosti se izvode na računarima.Ovakav oblik testiranja vozila na udare još uvijek je u fazi razvoja. Međutim, ne možemo zanemariti činjenicu da će virtualni testovi zamijeniti postojeće crash testove i da će pružiti mnogo novih korisnih informacija o ponašanju vozila, kao i reakcijama ljudskog tijela na udarne sile prilikom sudara. Prema riječima pojedinih naučnika, postoje tendencije da će virtualni crash testovi omogućiti da se u budućnosti kreira automobil koji će biti otporan na sudare.

17

Literatura

[1] http://www.autoportal.hr/index.php/zanimljivostic/2013

[2] http://www.scribd.com/doc/96588604/Semianrski-Rad-Crash-Testovi

[3] doc. dr. Samir Lemeš, Ispitivanje proizvoda (Predavanje)

[4] http://www.auto-delovi.org/saveti/zanimljivosti/testovi-bezbednosti-vozila/

[5] http://www.nacionalnaklasa.com/content/view/7684/23/1/1/

[6] http://www.moto.rs/senzori za obradu podataka su sve manji i mocniji omogucuju inzenjerima vise mogucnosti-pc-4290.i

[7] http://autoklub.jutarnji.hr/stize-nova-generacija-crash-test-lutaka/673927/

[8] http://autoklub.jutarnji.hr/crash-testovi-su-preblagi/674442/

[9] http://www.pocket-lint.com/news/115970-britax-car-seats-crash-test

[10] http://arhiva.vidiauto.com/06index.php

[11] http://www.sup.hr/index.php?option=com_content&view=article&id=66:ncap-crash-%20%20testovi&catid=35:vozila&Itemid=55

[12] http://softwaresanierung.wordpress.com/2010/02/28/warum-end-to-end-tests-alleine-mehr-schaden-als-nutzen/

[13] http://www.emercedesbenz.com/autos/mercedes-benz/c-class/mercedes-benz-c-class- safety-update/attachment/111404806c5191_24/#gallery

[14] http://static.klix.ba/media/images/vijesti/120830001.2_mn.jpg

[15] http://www.photo-dictionary.com/phrase/4615/crash-test-dummy.html

[16] http://img57.imageshack.us/img57/1152/crashtestdumux1.jpg

[17] http://www.sk.rs/2002/11/skpr01.html

[18] http://www.tsgserbia.com/file/Projekti/Objavljeni%20radovi/XI%20Simpozijum/Primena%20savremenih%20softverskih%20alata%20za%20analizu%20saobracajnih%20nezgoda.pdf

18

[19] http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/-8972-2505909.jpg

19