Reconstructia accidentelor rutiere pentru vehicul-pieton

Analiza unor aspecte din coliziunea care se produce intre vehicul-pieton, este motivata prin anumite particularitati care se regasesc la aceste tipuri de accidente:

-viteza mult mai mica a pietonului fata de a autovehiculului in fazele de ante-coliziune;

-masa mai redusa a pietonului fata de masa autovehiculului;

-timpul de informatie asupra starii de pericol si la luarea unor decizii de evitare a impactului mai mare la pieton, decat la conducatorul auto;

-perimetrul de control necesar al spatiului de vizibilitate si de siguranta pentru pieton este mai mic de cateva ori fata de cel necesar pentru conducatorul auto.

Spre deosebire de alte tipuri de accidente rutiere, intrebarea privind cauza producerii acestui eveniment rutier, se inverseaza. Hotarator este in acest caz intrebarea privind posibilitatile de evitare ale accidentelor din partea conducatorului auto.

Inainte de a incepe analiza accidentului vehicul-pieton, trebuie definite cele mai importante caracteristici ale acestuia. In fig. 1., sunt ilustrate aceste marimi.

Fig. 1.Caracteristicile dimensionale la accidentele cu pietoni

Acesti parametrii geometrici se refera la urmatoarele caracteristici:

-lungimea longitudinala a distantei de proiectare a victimei care este intre locul impactului si pozitia finala a pietonului in sensul de mers al autovehiculului;

-distanta de proiectare laterala a victimei care este intre punctul de impact al coapsei cu autovehiculul in pozitia initiala de coliziune si locul pietonului transversal pe directia de mers al autovehiculului;

-lungimea distantei longitudinale de alunecare a victimei care este intre locul initial de contact al pietonului cu carosabilul dupa ce s-a desprins de autovehicul si pozitia sa finala pe directia de mers a acestuia;

-distanta laterala de alunecare a victimei care este intre primul loc de contact al pietonului cu carosabilul dupa ce s-a desprins de autovehicul si pozitia sa transversala finala pe directia de mers a acestuia;

-distanta de lovire a capului victimei de suprafata caroseriei masurata intre punctul initial de contact al zonei de coliziune cu autovehiculul si mijlocul locului izbiturii capului pe componentul respectiv al autovehiculului are denumirea de lungime de rambleu; se noteaza cu ;

-distanta de deplasare laterala a liniei de contact cu caroseria autovehiculului, pe directia transversala intre punctul de impact al coapsei si locul izbiturii capului pietonului de caroseria autovehiculului;

-lungimea de derulare stabilita intre suprafata carosabilului si locul lovirii capului pietonului de-a lungul conturului autovehiculului; se noteaza cu .

Este categoric ca intre derularea statica, adica lungimea de desfasurare a pietonului pe caroserie si derularea dinamica, adica in timpul accidentului, derularea efectiva realizata din cauza alunecarii ascendente a pietonului este mai mare sau mai mica decat cel egal cu derularea statica. Acest lucru depinde foarte mult daca in timpul contactului intre autovehicul si pieton, primul are o miscare uniforma sau uniform variata.

In afara de aceste marimi, legat de miscarea pietonului trebuie cunoscuti si urmatorii parametrii:

-directia si sensul lui de miscare, raportat la traiectoria de deplasare a autovehiculului;

-ritmul de mers;

-punctul de la care s-a creat starea de pericol pe carosabil.

In urma analizarii dinamicii producerii accidentului vehicul-pieton, trebuie sa rezulte:

-viteza initiala a autoturismului in momentul observarii pietonului si declansarii starii de pericol;

-viteza in momentul impactului;

-unde s-a aflat punctul de observare al victimei de catre conducatorul auto;

-unde s-a situat locul impactului;

-timpul de deplasare al pietonului pana la locul impactului;

-distanta si timpul intre locul de observare al pietonului si conducatorul auto;

-posibilitatea evitarii impactului intre autovehicul si pieton in functie de spatiul si timpul disponibil ( la viteza reala si reactie de timp) la viteza legala sau adaptata conditiilor de drum si de mediu.

La stabilirea marimilor si parametrilor caracteristici ai coliziunii vehicul-pieton, trebuie examinata cu atentie forma suprafetei de contact a autovehiculului, pozitia centrului de masa al pietonilor fata de suprafata de contact-cadere a vehiculului si de aici traiectoria probabila de zbor al corpului pietonului pana la contactul cu carosabilul.

In vederea evaluarii sub aspect energetic a coliziunii vehicul-pieton este necesara examinarea zonelor de contact ale caroseriei cu corpul pietonului, evaluarea marimii zonelor de deformatie si in final, stabilirea lucrului mecanic de deformatie, care permite pe baza bilantului energetic stabilirea variatiei vitezei autovehiculului in timpul contactului vehicul-pieton.

Desfasurarea accidentului vehicul-pieton

Evenimentul rutier produs intre vehicul si pieton, in general se poate imparti in trei faze principale ( fig.2.):

faza de contact intre autovehicul si pieton;

faza zbor in aer al pietonului:

faza de rostogolire-alunecare a victimei pe suprafata de cadere.

Fig.2.

In fig. 3. se prezinta variatia vitezei autovehiculului si pietonului functie de timp, pe baza careia se poate stabili dependenta intre spatiul parcurs de pieton, respectiv autovehicul si viteza de impact. Suprafetele de sub curbe sunt proportionale cu spatiile realizate de pieton, respectiv autovehicul, in diferite faze in situatia in care autovehiculul realizeaza o miscare uniform decelerata: spatiul parcurs in urma lovirii cu bara parasoc, spatiul parcurs in urma contactului cu capota ( parbrizul ); spatiul parcurs in zbor de pieton; spatiul parcurs in faza de rostogolire-alunecare a pietonului. Se observa ca intre viteza finala de zbor si viteza de rostogolire-alunecare exista o diferenta valorica exprimata printr-un coeficient de atenuare ( cca. 0,85 ).

Fig. 3.

In cazul unei ciocniri intre autovehicul si pieton, traiectoria descrisa de acesta, in urma impactului in faza de zbor, este parabolica.

Aceasta traiectorie difera in functie de pozitia centrului de masa al pietonului si pozitia punctului de impact initial cu autovehiculul, putand fi intalnite in practica trei situatii :

-impactul are loc sub centrul de masa al pietonului, in acest caz forta F loveste sub , are loc o miscare de translatie in dreptul centrului de masa cu viteza si o miscare de rotatie cu viteza unghiulara in dreptul centrului de masa, viteza picioarelor fiind mai mare decat viteza capului ; pietonul va cadea cu capul orientat spre punctul de impact ( fig..4);

- impactul are loc in dreptul centrului de masa al pietonului, forta F produce o miscare de translatie cu viteza a centrului de masa egal cu viteza autovehiculului dupa momentul impactului , iar viteza unghiulara ω este zero; vitezele capului si picioarelor pietonului sunt egale cu viteza centrului de masa, pietonul este lipit de partea frontala a autovehiculului, iar cand acesta s-a oprit va cadea pe suprafata drumului; acest caz poate fi intalnit la coliziunea dintre un autocamion si pieton ( fig.4.,b);

-impactul are loc deasupra centrului de masa al pietonului, forta F produce o miscare de translatie cu viteza a centrului de masa si o miscare de rotatie cu viteza unghiulara ω in jurul centrului de masa, viteza picioarelor fiind mai mica decat viteza capului ; pietonul va cadea cu picioarele orientate spre punctul de impact ( fig.4,c).

Fig. 4.

In continuare se vor examina cele trei faze principale ale impactului vehicul-pieton pentru cazurile prezentate mai inainte.

1.1. Faza de contact

Un pieton adult va avea in primele momente, de regula, contact cu picioarele cu bara de parasoc si cu soldul cu muchia frontala a capotei autoturismului. In figura 5. se indica influenta inaltimii corpului asupra punctului de contact al pietonului cu autoturismul si de aici procesul de ciocnire rezultat. La un pieton adult de inaltime medie, are loc impactul intre partea inferioara a coapsei si genunchi.

Fig.5.

La un autoturism franat intens , manechinul (Dummy) a fost izbit in zona de mijloc a partii inferioare stanga a coapsei, iar la cel nefranat, pozitia contactului a fost direct la inaltimea genunchiului. Aproape in acelasi timp, are loc lovirea in zona superioara a coapsei, prin contactul cu muchia frontala a capotei. Diferenta de timp intre momentul lovirii genunchilor si momentul contactului cu coapsa superioara la viteza de 90 km/h este de cca. 4 ms. Se poate admite, prin urmare, ca pornind de la aceasta constatare, ca energia de miscare a autoturismului in intreaga zona intre inaltimea barei parasoc si marginea anterioara a capotei se transmite la pieton. Urmeaza lovirea mastii din fata dupa 10-15 ms. Prin efectul de acceleratie si datorita momentului cinetic creat, se urca trunchiul si capul in zona capotei motor in functie de inaltimea pietonului, vitezei de impact etc., ajunge apoi eventual pe geamul parbriz sau pe pavilion. La viteze de impact mari, aproape in acelasi timp se izbeste umarul si capul de geamul parbriz, in general dupa 60-70 ms de la primul contact. La copiii mici, prin lovirea in cutia craniului, acestia cad prin rasucire si saltare. In acest caz, tot corpul va fi izbit aproape in acelasi timp si practic va fi accelerat numai in directie orizontala. Acceleratia pietonului va dura pana la atingerea vitezei autovehiculului.

Cazuri speciale de contact :

-pietonul nu va fi in contact total cu autovehiculul, ci va glisa de-a lungul partii laterale a acestuia; de aceea in acest caz frecvent, nu se genereaza miscarea de zbor.

-pietonul cade des in zona mediana a autovehiculului, prin care, de asemenea, se poate declansa o alunecare de-a lungul caroseriei ;

-agatarea pietonului printr-o componenta a autovehiculului si rasucirea acestuia;

-lovirea unui copil cu o parte inalt suspendata a autovehiculului, ca urmare acesteia, copilul poate sa se rasuceasca si sa se rostogoleasca;

-rostogolirea pe carosabil a unui pieton cazut pe suprafata drumului.

Asupra desfasurarii fazei de contact a impactului intre vehicul si pieton, o influenta importanta are forma caroseriei in zona frontala. La clasificarea formelor de caroserii, se iau in considerare urmatoarele marimi: inaltimea proeminentei de ciocnire ( de obicei este bara parasoc ), inaltimea muchiei frontale a capotei si unghiul de inclinare a capotei fata de acelasi plan. Nu trebuie sa fie consemnate in cazul cercetarii accidentelor rutiere prea multe date, deoarece ele se pot deduce din elementele geometrice ale autovehiculelor prezentate frecvent in categoria si in prospecte de produse.

In functie de aceste date masurate, se pot grupa autovehiculele in una din cele patru forme descrise ale partii frontale ale autoturismelor dupa DIN 75204, corespunzator cu cele stabilite prin definitiile date mai inainte (tab. 1.1 ).

Formele partii frontale ale autovehiculelor dupa DIN 75204

Tabela 1.1

Dintre noile forme existente de autovehicule, fabricate in momentul de fata, ele au fost impartite in forma de trapez in trei grupe, (fig.6) astfel au fost stabilite in total sase forme frontale ale autovehiculelor ( fig.7 si tab. 1.1)

Fig.6 Forma de pana si de trapez a partii frontale a autoturismelor

Fig.7. Reprezentarea schematica a contururilor frontale ale autoturismelor

Un parametru important al coliziunii vehicul-pieton este diferenta de inaltime , definita ca distanta dintre punctul de impact si centrul de masa al pietonului ( fig. 8.).

Astfel, in continuare trebuie evaluat acest parametru din datele generale stabilite pentru pieton sau in mod individual din informatii concrete si personale la prelevarea probelor. Cu relatia inaltimii centrelor de masa ale pietonului, se poate calcula diferenta de inaltime intre centrul de masa al pietonului si punctul de impact. In procesul de franare se poate observa ca punctul de impact prin miscare de pivotare ( tangaj de franare ) se muta mai jos in plan vertical fata de pozitia lui statica. Pentru autoturisme in urma cercetarilor experimentale s-a masurat pentru adancimea de pivotare intre 5..10cm.

Fata de inaltimea reala a pietonului s-a stabilit punctul de impact intr-o pozitie normala si cea considerata in timpul miscarii acestuia. Sunt toate dimensiunile evidente, astfel se obtine din inaltimea momentana a impactului si al centrului de masa al pietonului, diferenta de inaltime efectiva.

Fig.8 Diferenta de inaltime la coliziunea vehicul-pieton.

Un alt parametru care trebuie luat in consideratie este factorul de coliziune AF, care se poate defini ca raportul intre viteza de impact si viteza maxima a pietonului dupa ciocnirea cu autovehiculul. Cu ajutorul diferentei de inaltime , se poate determina din diagrama stabilita empiric, in fig.9, valoarea aproximativa a factorului de coliziune AF.

Fig.9 - Diagrama pentru stabilirea factorului de coliziune.

In cazul in care are loc o coliziune puternica, iar pietonul cu partea superioara a corpului va fi aruncat in sus pe capota sau pe geamul parbriz, in mod suplimentar se mai adauga la factorul de coliziune de la 5 pana la 15% ( fig.10 ), astfel se obtine : AF=AF+AF. Stabilirea factorului de coliziune este desigur un model de calcul retrospectiv foarte simplificat care considera coliziunea intre un corp rigid si vehicul. Procesul de desfasurare al contactului cu derularea pietonului de-a lungul conturului, de asemenea, nu poate fi neglijat.

Fig.10. Exemplu pentru stabilirea factorului de coliziune

In fig.11. se indica variatia vitezei centrului de masa (curba 1) si a autovehiculului (curba 2) in functie de timpul scurs din momentul inceperii coliziunii de unde se poate remarca faza a doua de accelerare a pietonului ( zona hasurata ), in intervalul 0,08 0,15 sec. Cand ia contact cu capota autovehiculului si practic dupa aceasta faza cele doua viteze devin egale.

O alta marime geometrica importanta este lungimea de rambleu ( X) definita mai inainte, care pozitioneaza locul de contact al capului pietonului cu caroseria fata de extremitatea frontala a autovehiculului.

Intre lungimea de derulare dinamica L si statica L exista o diferenta, punand in evidenta lungimea de desfasurare a pietonului pe conturul caroseriei incepand de la carosabil ( punctul de contact al picioarelor ) si pana la locul de izbire a capului de elementele de caroserie in cele doua ipostaze, dinamica si statica. S-a mentionat mai inainte ca datorita franarii autovehiculului apare fenomenul de pivotare a partii frontale a autovehiculului, deci se pune in evidenta o asa-numita adancime de pivotare . Astfel, lungimea de derulare dinamica va fi:

L=L-, unde =510 cm. in functie de marimea deceleratiei si tipul suspensiei.

Cu lungimea de derulare statica (L) se masoara de la suprafata caroseriei pana la pozitia capului pe conturul avariat al autovehiculului inaltimea desfasurata a pietonului.

Fig.11. Variatia vitezei autovehiculului si a pietonului in faza de contact intre ei

Aceasta se reduce fata de inaltimea masurata a corpului cu raza capului R si cu parametrul de corectie al miscarii pietonului, :

(1)

unde ~10 cm. pentru un mers in fuga.

Diferenta de derulare indica distinctia intre lungimea de derulare dinamica si statica :

(2)

Diferenta de derulare, care a fost inregistrata in urma incercarilor si accidentelor rutiere reale, pentru autoturisme de forma de trapez si de ponton, la o franare completa, se prezinta in figurile 12 si 13, in functie de viteza de impact.

Daca s-a stabilit punctul de coliziune, poate sa urmeze calculul vitezei de impact , dupa relatiile prezentate mai jos. Cu ajutorul lui AF se va calcula, luand in consideratie teorema impulsurilor, modificare vitezei in modificare a vitezei fiind favorabila conducatorului auto, se neglijeaza, astfel poate sa rezulte diferenta cu ajutorul parabolei de proiectare sau cu diferenta de derulare la viteza de impact stabilita.

Viteza autovehiculului imediat dupa coliziune :

(3)

unde =viteza autovehiculului dupa terminarea procesului de franare ( daca franarea nu este pana la oprire)

=deceleratie medie

=lungimea urmei de franare de la locul impactului si pana la punctul final acesteia.

Viteza autovehiculului in cazul coliziunii plastice :

(4) ciocnire cu franare

Fig.12. Diferenta de derulare a pietonului la forma trapez a autoturismului, ciocnire cu franare.

Fig.13. Diferenta de derulare a pietonului la forma de ponton a autoturismului

in care :

=masa autovehiculului ;

=masa pietonului.

Modificarea vitezei autovehiculului in timpul coliziunii:

(5)

Viteza de impact a autovehiculului la declansarea procesului :

sau (6)

Pentru a putea stabili factorul de coliziune trebuie determinata diferenta de inaltime Δh, dintre punctul mediu de impact si centrul de masa al pietonului. In acest scop pentru calculul inaltimii centrului de masa se recomanda relatia empirica :

(7)

unde este variatia centrului de masa a pietonului, in momentele imediat anterioare producerii impactului in functie de modul de deplasare a acestuia: in pozitie oprita=34cm, mers rapid ~ 5 cm si in fuga ~ 10cm.

Pozitia centrului de masa se afla la o inaltime de 57% din inaltimea pietonului.

Inaltimea medie a punctului de impact de pe partea frontala a autovehiculului :

unde: (8)

inaltimea mijlocului barei parasoc

inaltimea muchiei frontale a capotei

Diferenta de inaltime in timpul impactului va fi :

(9)

Cunoscand parametrul diferenta de inaltime , pe baza diagramei din fig..9 si in functie de tipul formei frontale a autovehiculului ( vezi fig.10), se poate determina factorul de coliziune, care se va folosi la stabilirea vitezei de impact a autovehiculului la declansarea coliziunii vehicul-pieton.