Evaluation of thor dummy kinematics in front impacts
Önden çarpmalarda thor mankeninin kinematiğinin değerlendirilmesi
- Tez No: 507766
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL AHMET GÜNEY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Otomotiv Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Araç güvenliği tasarımı, trafik kazalarında sürücü ve yolcuları korumak ve ağır yaralanmalardan korumak için gerekli olan en önemli parametrelerden biridir. Her geçen gün, hızlı nüfus artışına bağlı olarak trafikteki araç sayısı ciddi bir şekilde artmaktadır. Bu noktada hızlı nüfus artışı neyi ifade etmektedir? Nüfus artışı, ulaşımın insanlar açısından daha fazla gerekli olacağını göstermektedir. Bu nedenle trafik kazalarının artma ihtimaline karşı sürücü veya yolcuların yaralanma riski azaltılmalı ve kontrol altına alınabilmelidir. Kazalardaki yaralanma risklerini azaltmak için ise, ilk etapta üretilen araçların belirli bir güvenlik seviyesini sağlaması gerekmektedir. Bu güvenlik seviyeleri regülasyon kuralları olarak tanımlanmaktadır. İlk defa üretilip, müşteriye satılacak araçlar test edilip, onay aldıktan sonra müşteriye satılabilir duruma gelmektedir. Amerikan karayolları güvenliği enstitüsü, trafik kazalarını; araç tipi, çarpışma yönü ve kazalardaki kazaya dahil olan araç sayısına göre araştırmaktadır. Rapor, hem tek araç içeren kazaların hem de birden fazla araç içeren kazaların yaklaşık yarısının önden çarpışma olarak gerçekleştiğini belirtmektedir. Yandan çarpma oranı ise önden çarpışmalardan sonra gelen kaza tipi olarak raporlanmakta ve çoğunlukla birden fazla aracın dahil olduğu kaza tiplerinde görülmektedir. Aynı kurumun bir başka raporunda ise binek araçlarda kaza sırasında ölüm oranları %40 oranında azaldığı raporlanmıştır. Bu sonuç araç güvenliğinin 1975'ten 2015'e kadar geçen süreçte ciddi iyileşmeler sağladığını göstermektedir. Diğer taraftan, pickup ve Sport Utility Vehicle (SUV) tarzındaki araçlarda meydana gelen kazalar incelendiğinde, gerçekleşen ölüm oranlarının, binek araçlara göre 80% daha düşük olduğu görülmektedir. Bu oran günümüzde SUV araçlarının neden daha çok tercih edildiğini destekleyici niteliktedir. Özel araç güvenliği değerlendirme merkezleri ve otomobil üreten firmalar, aktif güvenlik sistemleri dışında pasif güvenlik sistemleri üzerinde de araştırmalara devam etmektedirler. Aktif güvenlik parçaları kaza gerçekleşmeden önce kazayı önlemek amacı ile çalışan parçalardır. Bu parçalara örnek vermek gerekirse kör nokta uyarı sistemi ve şerit takip sistemi aktif güvenlik sistemlerindendir. Kaza gerçekleştikten sonra ise yaralanma durumunu en aza indirebilmek için ise pasif güvenlik sistemleri devreye girmektedir. Hava yastığı ve emniyet kemerleri pasif güvenlik alanında ana araştırılan parçalardır. Hava yastığında bulunan hava çıkış delikleri ve emniyet kemerlerinde yük sınırlayıcılarının seviyeleri üzerine, kompleksite azaltımı veya güvenlik performansı testlerinde daha iyi sonuçlar elde edebilmek için çalışmalar yapılmaktadır. Amerika'daki ulusal karayolu güvenliği yönetimi, THOR ismi verilen yeni bir manken ve yeni bir test düzeneği üzerine çalışmaktadır. THOR mankeni, eski mankene göre daha gerçekçi kinematik ve yaralanma tahminleri yapabilmek üzerine geliştirilmiştir. Aynı zamanda yeni önerilen test protokolünde, düz duvara çarpma testinde sürücü kısmına, açılı olarak gelen bariyerin araca çarpma testinde ise hem sürücü hem de yolcu tarafında THOR mankeninin kullanılması planlanmaktadır. Gelmesi planlanan protokolde THOR mankeninin kullanılması ile daha detaylı yaralanma değerleri belirlenerek eski test ile karşılaştırıldğında daha detaylı ve zorlu değerlendirilmelerin yapılacağı belirtilmiştir. Avrupadaki testlerde ise kullanılan manken değiştirilerek, mevcut mankene göre daha gelişmiş bir manken kullanılacaktır. THOR mankeninin göğüs bölgesi alınarak, göğüs ezilme değerlerinde daha hassas ölçümler alınabilecektir. Belden aşağısı kısım için ise mevcut mankenin parçaları kullanılmaya devam edilecektir. THOR ve eski manken arasındaki en büyük fark ise göğüs ezilme değerlerinin ölçüm sistemi olmuştur. Eski mankende tek bir noktadan ölçüm yapılırken, THOR mankeni ile göğüsün 4 farklı noktasından ölçüm yapılmaktadır. Bu 4 nokta insanlardaki 4. ve 8. kaburgaları temsil etmektedir. Bütün bu çalışmalar sonucunda THOR mankeni, insan kinematiğine daha fazla benzer çıktılar vermektedir. Araç üreticileri, araçlarını müşterilerinin ihtiyaçlarına göre tasarlamaktadırlar. Ergonomi, iç ve dış tasarımının yanı sıra aerodinamik, araç dayanımı ve araç güvenliği gibi özellikler markanın karakterini belirleyen özelliklerdir. Araç tasarımının ilk evresi bilgisayar programları kullanılarak gövde tasarımı ile başlamaktadır. Gövde tasarımı ise belirtilen“Noise Vibration Harshness”(NVH) limitleri, dayanım ve araç güvenliği hedeflerine göre yapılır. Araçlar müşteriye ulaştırılmadan önce devlet tarafından belirlenen regülasyon kurallarına tabi tutulur. Bu nedenle, araç tasarımlarının sınır değerleri regülasyon ile tanımlanmaktadır. Ayrıca özel kuruluşlar araçların özelliklerini değerlendirmek için testler yapmaktadırlar. New Car Assessment Program (NCAP) güvenlik testinde araçların içerisine yerleştirilen mankenler üzerinden okunan yaralanma değerlerine göre araçlara yıldız vermektedir. Araç tasarımı, sistemin girdisi olarak düşünülürse, manken üzerinden okunan değerler ise sistemin çıktısı olarak sınıflandırılabilir. Aracın kaza sırasındaki oluşturduğu ivme saptandıktan sonra sürücü ve yolcuyu korumak için pasif ve aktif güvenlik parçalarını belirleme çalışmaları yapılmaktadır. Bu çalışma kapsamında bilgisayar programı ile değerlendirmeler yapılmıştır. Araç hyper crash programı ile modellenmiş olup, THOR mankeninin sonlu elemanlar modeli sürücü kısmına yerleştirilerek analizler yapılmıştır. Kurulan modelde yaklaşık olarak 4.865.000 eleman kullanılarak, radioss ismi verilen çözücü yardımı ile model sonuçları alınmıştır. Güvenlik sisteminin özelliklerini değerlendirmeye başlanmadan önce korelasyonu sağlanmış araç modeli kullanılmıştır. Test mankeni ile yapılan ilk analizin korelasyonunu kontrol etmek için mankenin göğüs bölgesindeki ivmelenme ve kemerden ölçülen kuvvet, test verileri ile karşılaştırılarak sürücülü modelde korelasyonu sağlanmıştır. Yeni gelecek olan test protokolündeki önden düz duvara çarpma test düzeneğinde, THOR mankeni üzerinden göğüs ezilme miktarlarının kontrol edilmesi çalışmanın amacı olarak belirlenmiştir. Bunun nedeni, THOR ve Hibrit III manken arasındaki büyük farkla açıklanabilir. Göğüs ezilmeleri dört noktadan ölçülür ve sensörlerdeki dönme miktarları THOR dummy'de hesaplamaya dahil edilir. Hibrit III mankeninde, göğüs ezilmesi bir noktadan ölçülür ve sensörün dönmesi hesaplamaya dahil değildir. THOR mankenindeki bu gelişmeler manken kinematiğinin artık daha da önemli olduğunu göstermektedir. Bu güncellemelere göre, pasif güvenlik parçalarını THOR mankeni ile yeniden test etme ihtiyacını doğurmuştur. Yeni önerilen US-NCAP testinde, ölçülen göğüs ezilmelerinde, her nokta için ayrı limitler tanımlanmıştır. Bu nedenle, en düşük değerleri elde etmek için güvenlik parçalarının parametreleri değiştirilerek kontroller yapılmıştır. Emniyet kemerinin yük sınırlaması değiştirilerek 6 farklı kemer tipi oluşturulmuştur. İkinci olarak, kemer genişliği daha eşit yük dağılımı için 50 mm'den 75 mm'ye çıkarılmıştır. Üçüncü olarak, kemer üst noktasının konumu kontrol edilerek, x ve z yönlerinde hareket ettirilmiştir. Kemer üst noktası x ekseninde hareket ettirilirken B sütununun sınırlarını aşmayacak şekilde hareket ettirilmiştir. Dördüncü bir deneme olarak, kemerin toka pozisyonu kendi yönünde hareket ettirilerek manken üzerine etkisine bakılmıştır. 4 noktalı kemer kullanımı, kemer sisteminin son denemesi olarak test edilmiştir. Ek olarak, diz hava yastığı ve sürücü hava yastığının sertlik değişiminin manken kinematiği açısından kontrolü yapılmıştır. Tüm denemelerin sonuçları sol üst, sağ üst, sol alt ve sağ alt göğüs ezilme değerleri olarak raporlanmıştır. Yük sınırlayıcı seviyelerinin azaltılması, göğüs ezilme değerlerinin azaltılmasına yardımcı olur. Ancak 4 bölgeden alınan ölçümlerde farklı gelişmeler gözlemlenmiştir. En düşük yük sınırlayıcıda yaklaşık 18% azalma elde edilmiştir. Ancak yük sınırlayıcı seviyesinin düşürülmesi kafa hızlanmalarını arttırır. Bu nedenle, göğüs ve HIC değerleri için optimum tasarım seçilmelidir. Bu kapsamda il başta mankeni sıkı bir şekilde tutup enerjisini absorbe ettikten sonra düşük seviyede yük sınırlayıcı kemer tipi tercih edilmiştir. Kemerin kalınlığının arttırılması ile, sol üst ve sağ alt bölgelerdeki göğüs ezilmelerinde yaklaşık olarak 7% oranında azalma elde edilmiştir. Sol üst ve sağ alt sensörler kemerin pozisyonuna göre tam altında kalmaktadır. Böylece, artan kemer genişliği, yükleri eşit olarak dağıtmaya yardımcı olur. Diğer denemelerde, kemer üst noktasının aracın arkasına ve üst yönüne doğru hareket etmesi, göğüs ezilmelerini azaltmaya yardımcı olmuştur. Kemer üst noktasının konumunun değiştirilmesi ile kemerin manken üzerinde pozisyonlanması değişmektedir. Kemer üst noktası aşağıya ve aracın önü yönünde hareket ettirildiğinde, kemerin omuzdan kayma yönüne doğru hareket etmesi ile göğüs ezilme değerlerinde azalma görülmemiştir. Üst nokta yukarı ve aracın arkasına doğru hareket ettirildiğinde kemer daha düzgün pozisyonlanarak daha eşit yük dağılımı gerçekleşmiş olup ezilme değerleri azalmıştır. Değerlendirmelerde 4 noktalı kemer kullanılması ile de göğüs ezilme değerlerinde azalma gözlenmiştir. 4 Farklı noktadan mankenin eşit yüklerle tutulması ezilme değerlerinin iyileşmesine katkı sağlamıştır. Fakat hava yastığı denemelerinde beklenen iyileşmeler gözlemlenememiştir. Diz hava yastığı, ilk etapta mankenin enerjisini sönümlemiş olup daha sonrasında dönme yönünde bir kinematiğe sebep olmuştur. Bu kinematikten dolayı kemere yüklenme artarak, daha fazla göğüs ezilme değerlerine sebep olunmuştur. Sürücü hava yastığının yumuşatılması veya sertleştirilmesi denemelerinde de iyileşmeler gözlemlenememiştir. Son olarak, kemer ve hava yastığı iterasyonları, US-NCAP kapsamında önden çarpma testinde THOR mankeni ile kontrol edilmiştir. Bu çalışmada, herhangi bir gövde parçası değiştirilmeden testler tamamlanmıştır. Bu kabul ile, her tasarım iterasyonunun aynı kaza ivmelenmesinde test edildiğini göstermektedir. En iyi iterasyonlar birleştirildiği durumda, sol üstte 14%, sağ üstte 6%, sol altta 9% ve sağ alt sensörde 29% azalma görülmüştür. En iyi durumda, kullanılan emniyet kemeri, D ile belirtilen kemer olup 75mm genişliğindedir. Kemer tokası 30 mm ileriye doğru kendi ekseninde ilerletilmiştir ve kemerin üst noktası ise x ve z yönlerinde 50 mm hareket ettirilmiştir. İleride yapılacak çalışmalar kapsamında yolcu tarafı için pasif güvenlik parçaları ile iterasyonlar yapılarak THOR mankenindeki yaralanma değerleri kontrol edilebilir. Ayrıca, yeni yaralanma kriterleri için açılı önden bariyer çarpma modu THOR mankeni ile değerlendirilerek dizayn çalışmaları yapılabilir.
Özet (Çeviri)
Vehicle safety design is one of the most important parameter to protect occupants in traffic accidents. Every passing day, number of vehicles are increasing enormously due to rapid increase of population. What does increased population means? Increase in population means that more transportation is needed. Therefore, risk of occupant injuries in traffic accidents should be decreased and controlled. The Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) administration investigates traffic accidents according to vehicle type, impact type, and involved number of vehicles in crashes. Recent reports show that approximately half of both single and multiple crashes happen in front impact direction. Side impact crashes follows front impact ones, and mostly occur in multiple vehicle crashes. Another report by the IIHS describe occupant deaths according to vehicle types. In passenger vehicles, occupant deaths are decreased by approximately 40% in recent decades. This result shows that crashworthiness of vehicles is improved from 1975 to 2015. On the other side, occupant deaths occurring in pick-up trucks and sport utility vehicles (SUV) are 80% lower than those occurring in passenger vehicles. This is one of the reasons why SUV vehicles are more popular in nowadays. Safety organizations and car manufacturers investigate performance of restraint systems. Airbags and belts are main research areas for passive safety systems. Airbag vent optimizations and belt load limiter levels are checked for complexity reduction or getting better performance from dummy in safety performance tests. The National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) works on new dummy which is called Test device for Human Occupant Restraint (THOR) and new test protocol. THOR dummy is improved to get more realistic kinematic and injury predictions than the Hybrid III dummy. Also, NHTSA proposed to use THOR dummy in full frontal test and new oblique tests in driver side. In full frontal case, 5% Hybrid III dummy will be used in passenger side and THOR dummy will be used as a passenger in oblique crash test mode. Also, acceptance limits are changed with THOR dummy in new test protocol. Main difference between THOR and Hybrid III dummy is the chest deflection measurement methodology. Chest deflection is measured from 4 points in THOR dummy instead of 1 point when compared with the hybrid version. These 4 points represent humans 4th and 8th ribs. Finally, studies show that THOR dummy has similar kinematic and outputs as humans. Vehicle manufacturers design their vehicles according to customer needs. Ergonomic design, interior/exterior design and some engineering characteristics such as aerodynamic characteristics, durability performance and safety performance define overall vehicle identity. First conceptual works start with body structure design which is evaluated according to NVH, durability and safety targets. Before vehicles arrive to the customer, all vehicles are checked by government rules which are called regulations. Therefore, boundary conditions of vehicle designs are defined by regulation targets. Regulations are not only assessments but they are mandatory. Also, special organizations perform tests to evaluate vehicle performance such as the New Car Assessment (NCAP) organization. According to NCAP tests, vehicles are tested in 2 main sections which are front and side impacts to measure injury values from passengers and drivers. Briefly, vehicle engineering design can be classified as an input for tests and dummy injury values can be classified as an output of assessments. To protect occupant, vehicle acceleration and intrusion values are very critical. After final decision of vehicle structure design, vehicle interior and restraint system play a key role for occupant protection. In this study, assessments are completed via computer software program. Vehicle is modeled with hyper crash program and finite element model of THOR dummy is used in driver side. Before starting occupant analysis, correlated vehicle model is used. Chest acceleration of dummy and shoulder belt forces are checked for correlation level for the entire model. Evaluation of THOR dummy chest deflection values in front impacts is selected as a main focus of study. The reason for this can be explained by the major difference between THOR and the Hybrid III dummy. Chest deflections are measured at four points and rotations of sensors are included for calculation in THOR dummy assessments. In Hybrid III dummy, chest deflection is measured at one point and rotation is not included. These improvements in THOR dummy make kinematics of dummy more important. Given these updates, the restraint parts with THOR dummy need to be teste again. In new proposed US-NCAP test, limits are defined for every point of measured chest deflections. Therefore, restraint parameters are changed to achieve minimum chest deflection values for each point. Load limiter of belt is changed, and 6 different belts are created for iterations. Secondly, belt width is increased to 75 mm from 50 mm for more equal load distribution. Third, D-ring position is checked, and it is moved in x and z directions for optimum position. As a fourth iteration, buckle position of belt is moved in its own direction. 4-point belt usage is tested as a final iteration of belt system. Additionally, knee airbag and stiffness change of driver airbag is checked for evaluations. The results of the iterations are reported for the left upper, right upper, left lower and right lower chest deflection values. Decreasing load limiter levels helps to reduce chest deflections values. But different improvements are observed in 4 areas of measurement. Maximum improvement which is around 18 % is observed with lowest load limiter. But decreasing load limiter level increases the head accelerations. Therefore, optimum design should be selected for chest and Head Injury Criteria (HIC) values. Increasing belt width helps to reduce chest deflections in left upper and right lower areas approximately 7 %. Left upper and right lower sensors are under belt routing position. Thus, increasing belt width helps to distribute loads equally. On the other iterations moving D-ring rearward of vehicle and upper direction helps to reduce chest deflection. Limits of d-ring's position is defined with B pillar width of vehicle. Positioning d-ring in forward and lower direction causes slippage of belt over the shoulder. Positioning d-ring in rearward and upper direction avoids slippage of belt and chest deflection values are decrease with equally positioned belt. Same improvement is observed with using 4-point belt in assessments. No improvement is observed with airbag iterations and this result can be proof of main contribution of controlling chest deflection is belt. Finally, belt and airbag iterations are checked with THOR dummy in full frontal impact. In this study, iterations are completed without changing any vehicle structure parts. This means, same crash pulse is used for all design iterations. In best case, 14% decrease in left upper, 6% decrease in right upper, 9% decrease in left lower and 29% decrease in right lower sensor are observed. In best case, the restraint systems are belt D, 75mm width, buckle is in 30 mm forward in its own direction and D-ring is moved 50 mm in x and z directions. For further studies, passenger side can be studied with restraint iterations. Also, new oblique crash mode can be assessed with THOR dummy for new injury criteria.
Benzer Tezler
- Türk Gümrük Kanunu'nun vergilemeye ilişkin hükümlerinin değerlendirilmesi
Evaluation of the taxation terms of the Turkish customs laws
ALİ ÇELİKKAYA
- Normal ve preeklamptik gebelerde plazma trombin ile aktive edilebilen fibrinoliz inhibitör düzeyi ve uterin arter doppleri bakılması
Plasma levels of thrombin activatable fibrinolysis inhibitor in normal and preeclamptic pregnant women and uterin artery doppler
ŞAFAK GENÇ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2011
Kadın Hastalıkları ve DoğumYüzüncü Yıl ÜniversitesiKadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MANSUR KAMACI
- Anjiojenik faktörlerden vitamin D, soluble endoglin (sEng), soluble fms-like tyrosine kinase 1 (sFlt-1) ve vasküler endotelyal growth faktör (VEGF)'ün preeklampsi patofizyolojisindeki rollerinin araştırılıması
Assessing the role of serum levels of vitamin D, soluble endoglin (sEng), soluble fms-like tyrosine 1 (sFlt-1), vascular endothelial growth factor (VEGF) which are factors related with angiogenesis in pathophysiology of preeclampsia
NUMAN ÇİM
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2011
Kadın Hastalıkları ve DoğumYüzüncü Yıl ÜniversitesiKadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MERTİHAN KURDOĞLU
- Küresel insan kaynakları stratejilerinde Bulanık Mantık temelli performans ölçümü: Türk finans sektörü üzerine bir analiz
Fuzzy Logic based performance measurement in global human resources strategies: An analysis on the Turkish finance sector
OYA ALHAN
Doktora
Türkçe
2021
İşletmeİstanbul Medipol ÜniversitesiYönetim Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERHAT YÜKSEL
- Harşit vadisinin achipteriid akarları (Acari, Oribatida, Achipteriidae) üzerine taksonomik araştırmalar
Taxonomic investigations on achipteriid mites (Acari, Oribatida, Achipteriidae) of the Harsit valley
REYHAN ZOROĞLU