Název diplomové práce Bakalářská práce

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Název diplomové práce Bakalářská práce

Vedoucí práce:

Vypracoval: Miloš Dvořáček

Ing. Jiří Čupera, Ph.D.

Brno 2010

Zadání

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Nárazové zkoušky osobních automobilů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendlovy Univerzity v Brně.

Dne 20.5.2010 podpis bakalanta……………………….

Poděkování

Děkuji tímto vedoucímu bakalářské práce Ing.Jiřímu Čuperovi Ph.D. za odborné rady a připomínky ke zpracování tématu bakalářské práce. Děkuji také rodičům za podporu při studiu Mendelovy univerzity v Brně.

ANOTACE

Tématem mé bakalářské práce jsou Nárazové zkoušky osobních automobilů. V úvodní části popisuji historii nárazových zkoušek a vývoje pasivní bezpečnosti. V další části se zaměřuji na popis metodiky a vyhodnocování nárazových zkoušek. Dále se zabývám analýzou pasivní bezpečnosti vozidel různých kategorií současnosti a zhodnotil jsem stav před deseti lety. ANOTATION The theme of my bachelor work is Crash tests of passanger cars. In preamble I describe history of crash tests and development of passiv safety. In next part I rate on description procedure and evaluation of cresh tests. Below, I engage about the analysis of passive safety of vehicles of different categories and evaluate the present state and ten years ago of passiv safety.

OBSAH 1

Úvod......................................................................................................................... 8

2

Cíl práce................................................................................................................... 9

3

Historie nárazových zkoušek ................................................................................. 10 3.1

Počátky nárazových zkoušek .......................................................................... 10

3.2

Patrickovy pokusy........................................................................................... 11

3.3

Výsledky měření ............................................................................................. 12

3.3.1 Z výsledků testů prof. Larry Patrick vyvodil následující pravidla: ....... 12 3.4 Vytvoření předpisů ......................................................................................... 13 4

Vývoj pasivní bezpečnosti ..................................................................................... 14 4.1

5

Konstrukce vozidla ......................................................................................... 14

4.1.1 Karosérie................................................................................................. 14 4.1.2 Protipožární opatření............................................................................... 15 4.1.3 Zasklení vozidla...................................................................................... 15 4.1.4 Bezpečnostní pásy................................................................................... 16 4.1.5 Airbagy – vzduchové vaky ..................................................................... 18 4.1.6 Funkce airbagu........................................................................................ 19 4.1.7 Airbag 10 ................................................................................................ 20 Nárazové zkoušky.................................................................................................. 21 5.1

Organizace provádějící nárazové zkoušky ..................................................... 21

5.2

Euro NCAP ..................................................................................................... 21

5.3

NHTSA NCAP ............................................................................................... 21

5.4

A-NCAP.......................................................................................................... 22

5.5

Metodika nárazových zkoušek Euro NCAP ................................................... 23

5.5.1 Čelní náraz .............................................................................................. 23 5.5.2 Boční náraz ............................................................................................. 24 5.5.3 Náraz na sloup ........................................................................................ 25 5.5.4 Střet s chodcem ....................................................................................... 26 5.6 Crash test figuríny - dummy ........................................................................... 27 5.6.1 Konstrukce .............................................................................................. 27 5.7 Vyhodnocení nárazových zkoušek ................................................................. 28 6

5.7.1 Bodování zkoušek................................................................................... 28 Porovnání pasivní bezpečnosti a výsledků nárazových zkoušek........................... 29 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3

Honda Accord dle Euro NCAP, výsledky ...................................................... 29 Honda Accord 1999 ................................................................................ 29 Honda Accord 2003 ................................................................................ 30 Honda Accord 2009 ................................................................................ 32

6.2

Porovnání výsledků nárazových zkoušek tří kategorií osobních automobilů. 33

7

6.2.1 Malé vozy ............................................................................................... 34 6.2.2 Nižší střední třída.................................................................................... 34 6.2.3 Střední třída............................................................................................. 35 Závěr ...................................................................................................................... 36

8

Seznam použité literatury ...................................................................................... 37

9

Seznam obrázků..................................................................................................... 38

10

Seznam tabulek ...................................................................................................... 38

1

Úvod

Vozidla posuzujeme z hlediska aktivní a pasivní bezpečnosti. Pod pojem aktivní bezpečnost spadá výkon motoru, účinnost brzd, jízdní stabilita, výkon osvětlení vozidla, výhled z vozidla atd. Tyto součásti nám mají pomoci aktivně havárii zabránit, tzn. rychle odjet z kritického místa, včas zastavit před překážkou atd. Do tohoto pojmu je možné zařadit vše, co snižuje únavu a soustředění řidiče, tedy dobré odhlučnění, automatická klimatizace. Pojem pasivní bezpečnost obsahuje vše, co zabrání zranění nebo úmrtí při nehodě.Aktivní bezpečnost není zákonem definována jako bezpečnostní prvek, pasivní bezpečnost ale ano. V dnešní době, kdy se vyvíjejí stále výkonnější, rychlejší automobily a hustota silničního provozu a tím i nebezpečí nehody je stále větší, výrobci automobilů věnují čím dál větší úsilí na vývoj pasivní bezpečnosti. A také bezpečnost je nyní velmi důležitým faktorem pro prodej aut. Zákazník před koupí vozidla zohledňuje několik faktorů, podle kterých se rozhoduje při výběru. Patří mezi ně cena vozu, náklady na provoz vozidla, výkon, reprezentativnost vozu, vybavení a komfort a v neposlední řadě také bezpečnost. I proto se klade na bezpečnost čím dál větší důraz.

8

2

Cíl práce

Cílem mé bakalářské práce je zpracovat problematiku nárazových zkoušek osobních automobilů. Seznámení se s historií nárazových zkoušek, vývojem pasivní bezpečnosti a metodikou vyhodnocování nárazových zkoušek. V poslední časti jsem provedl analýzu pasivní bezpečnosti vozidel různých kategorií současnosti a zhodnotil jsem stav před deseti lety.

9

3

3.1

Historie nárazových zkoušek

Počátky nárazových zkoušek Vozidla se od počátku konstruovala jako dopravní prostředky, které měly umožnit

přepravit osoby nebo náklad rychleji, než to dokázal koňský povoz nebo vlak. Nejprve se jednalo hlavně o přepravní funkci, později se začal dávat větší důraz také na komfort cestování, vozidla se vybavovala topením a více se odhlučňovala. Počet vozidel na silnicích byl relativně malý, dosahované rychlosti také, stav vozovek, z nichž mnoho nemělo bezprašný povrch, větší rychlost tak jako tak neumožňoval. Ne každý si mohl dovolit vlastnit automobil, bohatí zase nechtěli sami řídit a tak si najímali zkušené řidiče, kteří byli zároveň i automechaniky. Proto bylo daleko méně nehod na silnicích jak v absolutních číslech, tak v přepočtu na ujeté kilometry. Pokud již k nehodě došlo, v nízkých rychlostech se často nic vážného nestalo a pokud se stalo, bylo to přičítáno riziku jízdy vozidlem. Statisticky docházelo více ke zraněním osob mimo vozidlo díky jejich střetu s vozidlem a tak nikoho nenapadlo starat se o bezpečí cestujících uvnitř vozu. Vzhledem k nízké technické úrovni tehdejších vozidel se každý výrobce spíše snažil zaujmout zákazníka nějakou technickou novinkou, která zvýšila výkon motoru nebo komfort cestování, otázka bezpečnosti posádky nebyla ještě tolik zohledňována. Problematikou pasivní bezpečnosti se začali konstruktéři vážně zabývat v 50. letech minulého století. Do té doby byly automobily velmi nebezpečné, protože se při haváriích v podstatě rozpadaly na součástky a ty pak ohrožovaly posádku. S výzkumem bezpečnosti aut přišel jako první americký profesor Larry Patrick (Obr.1.), který začal shromažďovat údaje o nehodách. [5]

Obr. 1. Profesor Larry Patrick

10

3.2

Patrickovy pokusy Protože tehdy ještě nebyla k dispozici měřící elektronická čidla, sám se v autech

vydával proti nejrůznějším překážkám (Obr. 2.). Na základě takto získaných údajů vyhodnotil chyby konstrukcí většiny tehdy vyráběných vozidel a stanovil základní kritéria pro ochranu posádky, které jsou platné dodnes. Aby svoje tvrzení mohl doložit konkrétními údaji, zkonstruoval několik měřících přístrojů na měření odolnosti lidského organizmu proti nárazům. [5]

Obr. 2. Prof. Patrick při pokusu

Patrickovy evidentně nebezpečné pokusy přinutily konstruktéry k vývoji prvních testovacích figurín, takzvaných „dummies“- crash test. Jejich výhodou je mechanická odolnost a tedy možnost mnohonásobného použití. Zprvu měly jen pár základních čidel na životně důležitých místech a napodobovaly pouze dospělé osoby. Teprve později se objevily dummies i v dětském provedení a i ostatní se dále zdokonalují. Přibývají velikosti a hmotnosti, zvyšuje se počet jejich čidel. Jeho práci doplnil také John Paul Stapp, který pracoval na zakázce pro vzdušné síly USA, která měla řešit vliv decelerace na lidský organismus (pravděpodobně z důvodu zavádění proudových stíhaček na letadlových lodích). Stapp si také všiml, že na zemi za volanty svých vozidel zemře více pilotů, než ve vzduchu.Po zveřejnění výsledků začal zdlouhavý boj s všemocnými výrobci automobilů v USA, kteří se bránili jakýmkoli změnám, které by jednak mohly mít za následek sérii žalob a dále zvyšovaly náklady na vývoj a výrobu. Nakonec se sice podařilo dosáhnout změny v chápání pojmu bezpečnosti vozidel (příkaz vlády), ale

11

Američané je zezačátku odmítali pod heslem omezování osobní svobody používat bezpečnostní prvky, jako bezpečnostní pásy a opěrky hlavy. Každopádně došlo k výraznému pokroku, který se velmi rychle rozšířil do Evropy a zbytku světa.

3.3

Výsledky měření

3.3.1 Z výsledků testů prof. Larry Patrick vyvodil následující pravidla: -

posádka vozidla musí mít dostatečný prostor pro přežití, a to i při převrácení vozidla a jízdě po střeše do tohoto prostoru nesmí nadměrně proniknout žádná část vozidla v tomto prostoru nesmí být žádné části, které by mohly přispět ke zranění posádky, tedy všelijaké ostré výstupku a hrany pokud možno odstranit, nebo aspoň zakulatit

-

vnitřní část tohoto prostoru by měla být vyložena materiály tlumící náraz a případné plochy, které mohou přijít do styku s lidským tělem, musí být co největší

-

prostor pro posádku musí být co nejtužší, aby se při havárii co nejméně deformoval a umožnil otevření aspoň jedněch dveří bez pomocí nástrojů, kabina musí zůstat celistvá

-

sedačky musí být upevněny tak pevně, aby zůstaly v případě nárazu na svém místě

-

posádka musí být fixována na sedadlech speciálním zařízením, které zachytí energii nárazu a nedovolí kontakt těla s pevnými částmi kabiny

-

dveře vozidla se nesmí při nárazu samovolně otevřít, posádka nesmí z auta vypadnout přední a zadní část vozidla musí pohltit energii nárazu a rozprostřít ji na určitý minimální čas, aby zpoždění kabiny a tedy posádky při nárazu nepřekročilo kritické hodnoty

-

okna ve vozidlech musí být takové konstrukce, aby při rozbití nezpůsobily řezné poranění posádky

-

při havárii nesmí dojít k požáru vozidla a úniku paliva z nádrže

-

materiály používané v interiéru vozidla by měly být nehořlavé, nebo aspoň s omezenou hořlavostí

12

3.4

Vytvoření předpisů Na základě těchto požadavků byly vytvořeny nové předpisy, kde bylo přesně

definováno co musí která část vozidla splňovat. První předpis byl z dnešního pohledu benevolentní a neúplný, ale proti tehdejšímu stavu vozového parku byl skutečně velkým přínosem. Každopádně stanovená hranice 30 mil/hod. (cca 48 km/h) pro přežití posádky bez vážného zranění přetrvávala dlouho, teprve nedávno se zvýšila na 56 km/h – aspoň tedy v Evropě. Celkovým výsledkem konstrukce vozidla podle tohoto předpisu má být auto s velmi tuhou kabinou zbavené všech výčnělků a s dostatečně dlouhými deformačními zónami pro pohlcení energie nárazu. Tehdy se ještě nebral takový zřetel na ochranu posádky při bočním nárazu, protože tyto jsou méně časté, také dnes velmi sledovaný přesazený náraz (náraz pouze levou polovinou přední části do protijedoucího vozidla) ještě nebyl. Předpis je platný prakticky celosvětově, některé státy jeho znění často zpřísňují. V dnešní době samy automobilky vylepšují konstrukce vozů vysoko nad rámec legislativních požadavků, je to součást konkurenčního boje, ze které pozitivně těží spotřebitelé. Jelikož odolnost lidského organizmu má své meze, nelze vyrobit vozidlo absolutně bezpečné za všech okolností. Síly rostou se čtvercem rychlosti (1) a tak by se např. deformační zóny pro zachycení nárazu v rychlosti 150 km/h prodloužily na několik metrů. Při nárazu vozidla do pevné překážky dojde k přetížení organizmů členů posádky, které pokud překročí kritické hodnoty pro jednotlivé orgány, způsobí jejich poškození. Zvláštním případem je srdce, které může v případě naplnění krví v době nárazu tato krev roztrhnout, ačkoli jiný orgán postižen nebude. Nejodolnější částí těla je hlava, která vydrží přetížení až 33 g (platí pro dobu trvání přetížení, která přichází v autě do úvahy). Ostatní vnitřní orgány vydrží méně, konstrukce bezpečnostních prvků musí být zvolena podle nejméně odolného orgánu v těle. Platí, že čím kratší je doba trvání přetížení, tím větší hodnotu orgán snese. U hlavy je to až 80 g maximálně za 0,003 s. Snahou dnešních konstrukcí vozidel je zabezpečit hodnotu pod 12 g, protože pro mnoho vnitřních orgánů je toto číslo kritické. [5]

13

4

4.1

Vývoj pasivní bezpečnosti

Konstrukce vozidla

4.1.1 Karosérie

Podle těchto předpisů bylo nutné překonstruovat celé vozidlo. Vyztužení kabiny – hlavně podlahy, střechy a úprava zámků, pronikáním různých dílů do kabiny vozidla atd. Prvním krokem bylo zavedení kloubových hřídelů volantu, později došlo ke změně konstrukce pedálů a uchycení motoru, který se při nárazu zasouvá pod vozidlo. (Dnes jsou některá vozidla vybavována upravenou pedálovou skupinou, která se při nárazu odpojí od karosérie a minimalizuje riziko poranění dolních končetin.) Celá přední část vozidla musí absorbovat energii nárazu, což vyžaduje při uvedené rychlosti deformační zónu minimálně 660 mm dlouhou (ovšem k tomu je nutné připočítat účinek protažení bezpečnostních pásů, takže tělo má k dispozici asi 800 mm). Pokud se podaří vytvořit zóna delší, je rozložení zpoždění příznivější a účinek na posádku menší. Deformovat se může pouze měkký díl, tedy různé plechy – blatníky vnitřní i vnější, kapota, chladič, přední maska a částečně i nárazník. Tuhý motor je velmi omezujícím činitelem pro vytvoření správné deformační zóny. Z tohoto pohledu jsou na tom nejlépe vozidla s motorem uloženými před zadní nápravou, nebo vzadu. Přední část vozu není ničím nepoddajným omezována a lze ji tedy řešit optimálněji. Není důležité, jak moc je při nárazu deformační část vozidla zdeformována, důležité je dosažení nízkých hodnot přetížení v kabině a neporušenost prostoru pro posádku. [3]

14

4.1.2 Protipožární opatření Dalším krokem bylo přemístění palivové nádrže na místo z hlediska bezpečnosti nejméně napadané, tj. pod zadní sedadla. Podle statistik je toto místo při nárazech nejméně poškozeno a tedy nádrž není tolik ohrožována.K protipožárním opatřením také přispívá uložení akumulátoru na bezpečnější místa dále od přední části vozidla a jeho celkové zakrytování proti zkratu na kostru vozidla, případné jiskření nebo vývin tepla může způsobit požár. Zadní část vozidla musí také zachytit energii nárazu od vozidla za námi.

4.1.3 Zasklení vozidla Větším problémem je zasklení vozidel. Normální sklo se při nárazu i malou silou tříští na velké kusy s ostrými hranami a ohrožuje posádku velmi významně. Proto se začaly používat skla kalená, které jsou jednak pevnější a snesou výrazně větší náraz bez poškození. Při rozbití vytvoří velké množství malých kousků s relativně tupými hranami, ohrožující posádku minimálně. Většinou se sklo nevysype z rámu celé – pokud se vůbec vysype – dovnitř vletí jen ta část, do které narazil nějaký velký předmět. Toto sklo ale po popraskání není průhledné. K odolnosti skla přispívá také jeho větší sklon, výslednice sil při nárazu pevného předmětu je odlišná a předmět se většinou odrazí bez poškození skla. Dříve se takto vyráběla všechna skla do vozidel, později se začalo přední sklo vyrábět jako lepené. Jde o zvláštním způsobem vyrobené okno, tvořené dvěma tvrzenými skly, které jsou k sobě slepené speciálním průhledným lepidlem. Sklo vydrží značně velký náraz bez poškození a pokud k poškození dojde, sklo sice popraská podobně jako normální tabulové sklo, ale vrstva lepidla udrží střepy v jednom celku a často sklo zůstane natolik průhledné, že umožní pokračování v jízdě. Poslední vývojovou novinkou dražších vozidel jsou skla používaná v letectví, tvořená několika vrstvami skla a plastu, které odolává i velkým nárazům (viz BMW řady 7) [3]

15

4.1.4 Bezpečnostní pásy V roce 1956 uvádí automobilka Volvo na trh dvoubodové diagonální (pouze přes prsa) bezpečnostní pásy jako příslušenství. Téhož roku také Ford a Chrysler nabízejí na předních sedadlech jako možnost bezpečnostní pásy přes klín.Úchyty pro dvoubodové bezpečnostní pásy, však nebyl nejlepším řešením, neboť přezka pásu v úrovni hrudního koše cestujícímu způsobovala vážná poranění měkkých tělesných orgánů. Nils Bohlin bezpečnostní konstruktér pro společnost Volvo roku 1959 vytvořil první tříbodový bezpečnostní pás, v současnosti povinný prvek každého automobilu (Obr. 3.,str. 17). Bohlinův patent byl okamžitě nabízen všem výrobcům automobilů a v roce 1959 byly vyrobeny a představeny první automobily značky Volvo. Patřily mezi ně vozy Volvo Amazon (120) a PV 544. První ohlasy zákazníků byly skeptické. Před uvedením tříbodového bezpečnostního pásu v modelech Volvo na světové trhy společnost provedla celou řadu testů a zkušebních nárazů se všemi typy bezpečnostních pásů, které byly v té době dostupné. Výsledky hovořily zcela jednoznačně: tříbodový bezpečnostní pás Volvo poskytoval cestujícím ve vozidle zdaleka nejlepší úroveň ochrany.Vývoj pokračoval také umístěním bezpečnostních pásů na zadní sedadla, takže společnost Volvo musela přesvědčit zákazníky o důležitosti poutání nejen na předních, ale také na zadních sedadlech.Volný pohyb těla při jízdě vozidla a automatické přizpůsobení délky pásů tělesným rozměrům umožňují samonavíjecí bezpečnostní pásy. Dnešní bezpečnostní pásy fungují v součinosti s airbagem. [5]

Povinné bezpečnostní pásy

První země, která určila bezpečnostní pás za povinnou součást výbavy automobilů byla Austrálie.V Československu byla vyhláškou č. 80/1966 Sb. (§ 3 odst. 5) s účinností od 1. ledna 1967 zavedena povinnost používat bezpečnostní pásy na předních sedadlech aut vybavených povinně bezpečnostními pásy při jízdách mimo obec,vyhláškou č. 100/1975 Sb. byla s účinností od 1. ledna 1976 tato povinnost rozšířena na všechna sedadla povinně vybavená bezpečnostními pásy, od 1. ledna 1990 (vyhláška č. 99/1989 Sb.) musí být pásy používány i v obcích.

16

Obr. 3. Nils Bohlin

17

4.1.5 Airbagy – vzduchové vaky Airbag vynalezl John W. Hetrick v roce 1952, následujícího roku si jej nechal patentovat, v letadlech se však podobná zařízení používala už ve 40. letech. V roce 1967 prodal americký vynálezce Allen Breed firmě Chrysler svůj senzor pro detekci nárazu, který tvoří jednu ze základních komponent systému airbagu. v roce 1972 se pak na trhu objevil první sériově vyráběný automobil vybavený airbagem –Chevrolet Impala, model 1973. Vývoj začal v USA jako náhrada bezpečnostních pásů, které odmítali Američané používat. V principu jde o nafukovací vak, který se aktivuje při nárazu přesahující určitou hodnotu zpoždění. Airbag se musí naplnit v čase kratším, než který odpovídá pohybu těla od opěradla k přední straně vaku v nafouknutém stavu, což má na metodu plnění airbagu velké nároky. Plnění stlačeným plynem je nedostačující, proto se používá speciální pyrotechnická patrona s látkou, která při zapálení vyvíjí obrovské množství plynu za nezvykle krátkou dobu. Airbag je v klidu složen do velmi malého objemu a umisťuje se do středu volantu a do palubní desky před spolujezdce. Airbagy se začaly používat nejdříve u předních sedadel, nyní je zcela běžné používání airbagu u sedadel zadních a dokonce i airbagy boční, které chrání posádku při nárazu z boku.

Obr. 4. Moderní automobil vybavený Airbagy

18

4.1.6 Funkce airbagu Naplnění airbagů probíhá velmi rychle a celý cyklus od nárazu do začátku vyprazdňování vaku trvá přibližně u čelního 150 ms. Celý časový průběh činnosti čelních airbagů začíná v čase 0 ms nárazem. V čase 25 ms hlásí elektronický senzor náraz a odpaluje se roznětka pro tvorbu plynu. Po uplynutí 40 ms se vak začíná plnit a trhá se kryt airbagu, v čase 66 ms je vak již naplněn a zachycuje cestujícího. V čase 98 ms je cestující maximálně ponořen do vaku a začíná se pohybovat zpět. V poslední fázi se cestující pohybuje zpět do sedačky a airbagy se vyprazdňují, celý proces trvá 150 ms (Obr.5., str. 20). Vzhledem k tomu, že při bočním nárazu nechrání člověka výrazná deformační zóna přední části vozu, je požadavek na rychlejší funkci všech airbagů chránících před bočními typy nárazů. Celý časový cyklus činnosti těchto airbagů tak trvá asi 60 ms, což je dvaapůlkrát rychleji než v případě čelního airbagu. Dojde-li k nárazu v čase 0 ms, tak již v čase 10 ms je senzorem hlášen náraz a odpálí se příslušný airbag. Čas 20 ms – boční airbag je již naplněn a připraven tak zachytit cestujícího, který se do něho zaboří v čase 30 ms. Po uplynutí 50 ms se začíná airbag vyprazdňovat a o 10 ms později se vrací cestující do výchozí polohy. [1] Jednotlivým druhům nárazu odpovídá použití daného airbagu, který nejlépe ochrání cestující. Čelní airbagy chrání zejména hlavu a hrudník cestujících na předních sedadlech. Boční airbag se zaměřuje na ochranu hrudníku a částečně chrání i hlavu osoby na předním sedadle na straně nárazu. Hlavový airbag pak zajišťuje ochranu hlavy. Okenní airbagy se mohou rozvinout od A-sloupu až po C-sloupek a chrání tak hlavu a hrudník cestujících na předních i zadních sedadlech. Je třeba zdůraznit, že správná funkce airbagu je podmíněna součinnosti s bezpečnostním pásem, který je tak nutné mít vždy zapnutý. Stejně tak by se na místě s airbagem (místo spolujezdce vpředu) neměly přepravovat děti v dětských sedačkách. Výrobce vozidel pak doporučuje provést výměnu airbagů po 10 až 15 letech podle daného typu vozidla. [2]

19

Obr. 5. Funkce a časový průběh čelního airbagu

4.1.7 Airbag 10 Sérivá výroba od roku 2007 Predikce nárazu Doplnění senzoriky o radarová čidla. Systém se nazývá Precrash a je dělen do tří fází: Preset Systém učiní rozhodnutí o spuštění airbagů v momentě nárazu podle senzorů zrychlení. Radarové snímače pro krátké vzdálenosti dodávají systému až 200 milisekund před nárazem další informace o očekávané době nárazu a relativní rychlost k překážce. Tyto informace jsou zařazeny do rozhodnutí o spuštění. Prefixe Jejím úkolem je odpovídajícím způsobem spustit ochranné systémy podle informací Precrash již před nárazem. Preact Má za cíl zmírnit náraz, případně předejít nehodě aktivním zásahem systému např. automatickým spuštěním nouzového brždění. [5]

20

5

5.1

Nárazové zkoušky

Organizace provádějící nárazové zkoušky Pro hodnocení ochrany cestujících ve vozidle se používají různé nárazové zkoušky

tzv. crashtesty.Tyto zkoušky simulují havárie a jejich účelem je vyhodnocovat a srovnávat bezpečnost různých typů vozidel. Automobily jsou během zkoušky vybaveny stejně jako při běžném provozu a to s provozními náplněmi. Tyto testy provádí několik na sobě nezávislých organizací. V Evropě je to např. Euro NCAP, v USA NHTSA, v Austrálii A-NCAP. Každá z organizací má jinou metodiku testů (např. rychlost vozu při nárazu), z tohoto důvodu se nemusí výsledky testů mezi organizacemi přesně shodovat. [5]

5.2

Euro NCAP V rámci Euro NCAP (European New Cars Assessment Programme) se uskutečňují

čtyři základní testy nárazových zkoušek. Je to čelní náraz, boční náraz, náraz na sloup a simulace střetu s chodcem. Všechny testy zohledňují nehody dle statistiky, při kterých dojde k nejvíce smrtelným nebo vážným úrazům. [5]

5.3

NHTSA NCAP V rámci NHTSA NCAP se uskutečňují dva základní testy nárazových zkoušek. Je

to čelní náraz proti pevné bariéře (hmotnost betonového bloku 100t), plný čelní náraz rychlostí 56,3 km/h (35 mph) a boční náraz do stojícího vozidla neformovatelnou bariérou o hmotnosti 1360 kg, pohybující se pod úhlem 27° rychlostí 62 km/h. [5]

21

5.4

A-NCAP

V rámci A-NCAP se uskutečňují tři základní testy nárazových zkoušek. Je to čelní náraz proti neformovatelné bariéře s 40% překrytím na straňe řidiče rychlostí 64 km/h (40 mph) dále čelní náraz proti pevné bariéře (hmotnost betonového bloku 100t), plný čelní náraz rychlostí 56,3 km/h (35 mph) a boční náraz do stojícího vozidla neformovatelnou bariérou o hmotnosti 1360 kg, pohybující se pod úhlem 27° rychlostí 62 km/h. [5]

22

5.5

Metodika nárazových zkoušek Euro NCAP

5.5.1 Čelní náraz Zkoušené vozidlo naráží rychlostí 64 km/h do deformovatelné bariéry čtyřiceti procenty čelní části na straně řidiče(Obr. 6.). Tuhost bariéry odpovídá tuhosti přední části průměrného automobilu, čímž je simulován čelní střet dvou vozidel. Na předních sedadlech jsou upoutány dvě zkušební figuríny Hybrid III, které odpovídají dospělým osobám. Na zadních sedadlech jsou v odpovídajících dětských sedačkách posazeny a upoutány zkušební figuríny dětí ve věku 18 měsíců a 3 let. Bariéra má šířku 1000 mm a deformace může dosáhnout až 540 mm. Hmotnost bariéry je min. 70 tun. Oproti zákonným předpisům je rychlost ještě o 8 km/h vyšší.[5]

Měřené hodnoty: Hlava - výsledné zrychlení Ar (výsledná hodnota zpoždění hlavy, ve všech směrech) max. 80 g po dobu 3 ms. Dále se měří biomechanické kritérium hlavy HPC (Head Performance Criterion) max. 1000 a index zatížení hlavy HIC (Head Injury Criterion) mezní hodnota nesmí přesáhnout 1000. Hrudník – biomechanické stlačení hrudníku ThCC max. 50 mm a současně kritérium měkké tkáně hrudníku VC (Vision Criterion) musí být menší jak 1 m/s, max. ohybový moment šíje nesmí přesáhnout 57 Nm. Stehna – síla stlačení stehení kosti TCFC nesmí být větší jak 8 kN .[5]

Obr. 6. Čelní náraz

23

5.5.2 Boční náraz Statistiky dopravní nehod ukazují, že více než polovina z celkového počtu zranění je způsobena bočním nárazem. Z tohoto důvodu se uskutečňuje zkouška nárazu do boku vozidla. Do vozu při něm naráží na straně řidiče vozík s deformačním tělesem rychlostí 50 km/h. Celková hmotnost vozíku je 950 kg a tuhost deformačního tělesa odpovídá tuhosti přední části běžného automobilu (Obr. 7.). Na místě řidiče je připoutaná figurína EuroSID (Side Impact Dummy, tj. figurína pro boční náraz).

Měřené hodnoty: Hlava – výsledné zrychlení Ar max. 80 g po dobu 3 ms. HPC max. 1000. Hrudník – max. deformace žeber RDC (Rib Deflection Criterion) 42 mm a kritérium měkké tkáně hrudníku VC musí být menší jak 1 m/s. Pánev, břicho – biomechanické zatížení pánve PSPF (Pubic Symphysis Peak Force) max. 6 kN. Maximální zatížení břicha APF (Abdomen Peak Force) musí být menší jak 2,5 kN.

Obr. 7. Boční náraz

24

5.5.3 Náraz na sloup Od roku 2000 je uskutečňován test, při kterém se zjišťuje riziko poranění hlavy při bočním nárazu do překážky malých rozměrů, jako je sloup nebo strom. Při testu se vůz pohybuje bočně na vozíku rychlostí 29 km/h a přitom naráží do pevného sloupu o průměru 254 mm (Obr. 8.). Vzhledem k malému průměru překážky dochází k většímu proniknutí do vozu, proto tento test klade vysoké nároky na konstrukci a tuhost boční partie vozu. Významným bezpečnostním faktorem při tomto druhu nárazu jsou boční a hlavové airbagy, které výrazně snižují riziko poranění hlavy a hrudníku cestujících na předních sedadlech. Pokud není vozidlo vybaveno bočními airbagy, může dojít k smrtelnému poranění hlavy po nárazu na bočního sloupu. V tomto případě hodnota poranění dosahuje až 5000 HIC což je 5x více než hodnota pravděpodobného poranění mozku (1000 HIC). Pokud je automobil vybaven bočními airbagy dosahuje tato hodnota 100 – 300 HIC.[5]

Obr. 8. Náraz na sloup

25

5.5.4 Střet s chodcem Zkouška simuluje střet vozidla s chodcem při rychlosti 40 km/h (Obr. 9.). Vyhodnocuje se riziko poranění při kontaktu jednotlivých částí těla s povrchem vozu. Na přesně určené místo dopadají odpovídající rychlostí a pod stanoveným úhlem tělesa definovaných hmotností a tvarů (tzv. impaktory). Celkem jsou tato tělesa čtyři a simulují spodní část nohy s kolenem, stehno, hlavu dítěte a hlavu dospělého člověka. Pro každou tělesnou partii se na povrchu vozidla určuje několik bodů a vyhodnocuje se míra rizika poranění v daném místě. Body se volí tak, aby bylo nalezeno pro chodce nejvíce nebezpečné a současně i nejvíce bezpečné místo na povrchu vozu.[5]

Obr. 9. Střet s Chodcem

26

5.6

Crash test figuríny - dummy Dummies jsou figuríny dospělých osoby obou pohlaví, u nichž se dbá na správné

proporce a hmotnosti jednotlivých částí těla, kloubová spojení jednotlivých končetin jsou totožné s člověkem. První figuríny byly pouze dospělé osoby, teprve o dost později se objevily i dětská provedení. Neměly téměř žádná čidla, rychlokamerou se snímal pohyb dummies ve vozidle při nárazu a na základě toho se upravovala konstrukce vozu. Tyto testy nebyly ale brzy dostačující a tak byl dummy zdokonalen. Díky rozvoji počítačů bylo možné vyhodnocovat v reálném čase mnoho veličin díky mnoha čidlům, kterými byl následně dummy vybaven. Protože se dummy při nárazu chová podobně jako člověk, bylo možné zdokonalit bezpečnostní prvky včetně úpravy vnitřního prostoru, kde se musely upravit tvary mnoha dílů z důvodu zabránění styku končetin s nepoddajnými částmi karosérie nebo palubní desky. Výhodou dummies je jejich mechanická odolnost a tedy možnost mnohonásobného použití. Dummies se postupně vyvíjí, přibývají velikosti a hmotnosti, zvyšuje se počet čidel.[5]

5.6.1 Konstrukce Hlava je vyrobena z hliníku a pokryta gumou. Uvnitř jsou umístěny tři měřiče zrychlení a každý z nich poskytuje informace o tom jaké síly působí na mozek při nárazu. Krk obsahuje zařízení na měření ohybu a pnutí v šíji, když je hlava při nárazu vržena vpřed a vzad. Hybrid III má tři ocelová žebra vybavená snímači, které zaznamenávají namáhání hrudního koše při testování čelního nárazu (Obr.10., str 28). K výslednému "poranění" může dojít, jestliže tlaky působící na hrudník jsou příliš vysoké. EuroSID II má zcela jinou konstrukci hrudníku se třemi žebry určenými k měření deformace a rychlosti deformace. Další přístroje má EuroSID II umístěné v jeho pánevní oblasti. Ty slouží k zaznamenání bočního pohybu, který by mohl způsobit zlomeniny pánevní kosti či vymknutí kyčle. U figuríny Hybrid III je horní část nohou tvořena tvořena pánví, stehenní kostí a kolenem.Tlakové snímače ve stehenní kosti poskytují při testu čelního nárazu informace o všech částech, včetně kyčelního kloubu, který může utrpět zlomeninu nebo být vyklouben. Přístroj na kolenou měří síly přenášené skrze ně, obzvláště pokud narazí na spodní část přístrojové desky. U dolní

27

části nohou jsou přístroje zabudované uvnitř nohou měří ohyb, smyk, tlak a pnutí, tj. síly které by mohly způsobit poranění holenní a lýtkové kosti. Odhad možnosti poranění chodidel a kotníků je založena na tom jak moc je poškozen vůz, měřením deformací a posunů v pedálové oblasti.[5]

Obr. 10. Crash test figurína Hybrid 3

5.7

Vyhodnocení nárazových zkoušek V protokolu Euro NCAP jsou zaneseny výsledky zkoušek testu čelního nárazu,

bočního nárazu a bočního nárazu na sloup. Výsledky testu jsou bodově ohodnoceny a to tak, že při zkoušce čelního nárazu je maximum 16 bodů, při zkoušce bočního nárazu je maximum také 16 bodů a při zkoušce nárazu na sloup je maximum 2 bodů. Další body se udělují za různé bezpečnostní systémy např. signalizace nezapnutých bezpečnostních pásů. Maximum bodů ze všech zkoušek je 40. Dále se hodnotí bezpečnost dětí a střet s chodcem.[5]

5.7.1 Bodování zkoušek Počet získaných bodů se vyjadřuje hvězdičkami a to v tomto rozsahu: 33 - 40b -> 25 - 32b -> 17 - 24b -> 09 - 16b -> 01 - 08b ->

28

6

Porovnání pasivní bezpečnosti a výsledků nárazových zkoušek

Pro porovnání vývoje pasivní bezpečnosti u osobních automobilů v různých kategoriích jsem vybral tři série vozů ze tří nečastějších kategorií automobilů a zhodnotil jejich výsledky u nárazových zkoušek a pasivní bezpečnost v rozmezí deseti let. Jako příklad uvádím výsledky nárazových zkoušek dle metodiky Euro NCAP u vozu střední třídy Honda Accord.

6.1

Honda Accord dle Euro NCAP, výsledky

6.1.1 Honda Accord 1999

Čelní náraz Airbagy poskytly řidiči i spolujezdci dobrou ochranu hlavy a krku. Síly působící při silném nárazu přes bezpečnostní pásy na hrudník nebyly příliš nebezpečné. Riziko úrazu bylo zato u kolen a horních částí nohou od tvrdých míst za přístrojovou deskou. U dolních částí nohou a chodidel nebylo již nebezpečí tak vysoké. Boční náraz Dveře zůstaly zavřené navzdory tomu, že klika dveří se zasekla v otevřené poloze.Hlava figuríny narazila do středového sloupku a rámu dveří, ale síla nebyla příliš velká. Možnost vážnějšího poranění od tohoto nárazu byla nízká. Ochrana pro děti Airbag spolujezdce je ve standardní výbavě a je zde tedy nebezpečí smrtelného poranění dítěte pokud by bylo v protisměrně orientované sedačce na sedadle spolujezdce. Štítky v autě podávaly jen nepřiměřené varování o této skutečnosti. Jeden z těchto štítků byl umístěn na čelním skle, byl lehce odstranitelný a k jeho ztrátě by došlo i při výměně tohoto skla. Dobré naopak bylo, že všechny zadní bezpečností pásy měly možnost nastavení pevnějšího upevnění dětské sedačky. Bohužel doporučené sedačky nedopadly v testu příliš dobře. Ochrana chodců Accord nebyl k chodcům příliš ohleduplný: všechna testovací místa na nohou dopadla špatně. Nejlepší výsledky byly z míst, kde by mohla narazit dětská hlava na

29

kapotu. Další čtyři z šesti míst byly přiměřené.Výsledek dvou bodů je v třídě rodinných vozů průměrem.[5]

hodnocení

čelní

Jednotky

body

%

body

%

body

%

řidič, spolujezdec

12 b

75 %

14 b

78 %

26 b

72 %

16 b

44 %

boční

celkem

Chodci

Hvězdy

Tab. 1. Honda Accord 1999

Obr. 11. Honda Accord 1999 čelní náraz

6.1.2 Honda Accord 2003

Čelní náraz Airbag řidiče je pouze jednostupňové konstrukce, ale dobře ochránil řidičovu hlavu i krk. Při testech byly zaznamenány tvrdé struktury, které znamenaly riziko zranění v oblasti kolen a vrchní části nohou řidiče - v této oblasti byla prokázána jen malá konstrukční snaha chránit kolena řidiče. Úroveň narušení palubní desky byla minimální a ochrana pro řidičovy chodidla byla dobrá. Prostřední zadní sedadlo bylo vybaveno tříbodovým bezpečnostním pásem, který je mnohem bezpečnější než pás dvoubodový.

30

Boční náraz Ochranný systém obsahoval hrudníkový boční airbag a okenní airbag pro přední i zadní cestující.Síla nárazu, která působí na testovací figurínu byla odvedena mimo díky vzájemnému působení sedadla a jeho opěrnou deskou, k tomu však při reálné havárii nedojde. Ochrana pro děti Dětské sedačky s orientací po směru jízdy s uchycením ISOFIX s vrchním připevněním chránily dobře, ačkoliv osmnáctiměsíční dítě by bylo vystaveno riziku zranění krku během čelního nárazu. Ochrana chodců Test ochrany chodců byl ohodnocen 16 body, což je ve střední třídě pouze průměrný výsledek.[5]

hodnocení

řidič, spolujezdec

čelní

boční

body %

body

%

body

%

10 b 63%

17 b

94%

28 b

78%

16 b

44%

celkem

Chodci Tab. 2. Honda Accord 2003

31

Hvězdy

Obr. 12. Honda Accord 2003 čelní náraz

6.1.3 Honda Accord 2009 Čelní náraz Prostor pro pasažéry zůstal během nárazuvozu stabilní. Data z figurín indikovala dobrou ochranu kolen a stehenních kostí řidiče i spolujezdce. Honda ukázala, že cestující různých výšek a sedící v různých pozicích jsou dobře chráněni. Hrudník předního pasažéra byl stlačen více než řidičův a tato skutečnost se odrazila také v hodnocení. Boční náraz Test nárazu bokem na kůl absolvoval Accord úspěšně (2 body) a díky přítomnosti připomínačů nezapnutí bezpečnostních pásů (3 body) nakonec obdržel 30 bodů. Ochrana pro děti Na základě dat získaných z figuríny bylo dosaženo maximálního počtu bodů za ochranu tříletých dětí. Čelní airbag předního spolujezdce lze vypnout, aby bylo možné umístit dětskou sedačku proti směrujízdy. Bohužel informace pro řidiče o stavu airbagu není podle Euro NCAP dostatečně zřetelná. Varovný štítek zřetelně varuje před umístěním autosedačky proti směru jízdy bez předchozí deaktivace airbagu, ale

32

informace není dostupná ve všech evropských jazycích. Honda Accord získala v hodnocení ochrany dětí 35 bodů.[5]

Obr. 13. Grafické znázornění testu

hodnocení

čelní

Jednotky

body

řidič, spolujezdec 14,5 b

boční

celkem

Hvězdy

%

body

%

body

%

91 %

15,5 b

82 %

30 b

72 %

19 b

53 %

Chodci Tab. 3. Honda Accord 2009

Obr. 14. Honda Accord 2009 čelní náraz

6.2 Porovnání výsledků nárazových zkoušek tří kategorií osobních automobilů K porovnání pasivní bezpečnosti u osobních automobilů jsem zvolil automobily tří kategorií a to: malé vozy, vozy nižší střední třídy a vozy střední třídy a to stejné modelové řady v rozmezí 10 let. Porovnání je podle výsledků nárazových zkoušek dle metodiky Euro NCAP.[5]

33

6.2.1 Malé vozy V kategorii malé vozy jsem vybral automobily Ford modelové řady Fiesta viz Tab. 4.

čelní náraz boční náraz celkem

Hodnocení Ford Fiesta 2000 6b 11b 17b

Ford Fiesta 2008 15b 16b 31b

řidič,spolujezdec chodci Tab. 4. Malé vozy

6.2.2 Nižší střední třída V kategorii nižší střední třídy jsem vybral automobily Honda modelové řady Civic viz Tab. 5.

čelní náraz boční náraz celkem

Hodnocení Honda Civic 1999 8b 10 b 18 b

Honda Civic 2008 12 b 15 b 32b

řidič,spolujezdec chodci Tab. 5. Nižší střední třída

34

6.2.3 Střední třída V kategorii střední třídy jsem vybral automobily Honda modelové řady Accord viz Tab. 6.

čelní náraz boční náraz celkem

Hodnocení Honda Accord 1999 12 b 14 b 26 b

Honda Accord 2008 14,5 b 15,5 b 30 b

řidič,spolujezdec chodci Tab. 6. Střední třída

Je zřejmé, že u všech třech kategorií silničních vozidel došlo, v časovém horizontu deseti let, k výraznému zlepšení ve výsledcích nárazových zkoušek (dle Euro NCAP) daných vozů a tedy i zlepšení pasivní bezpečnosti (viz Tab. 4. str.32, Tab. 5.;6.).

35

7

Závěr

Pasivní bezpečnost osobních automobilů se v závislosti na čase stále zlepšuje díky nemalému úsilí výrobců automobilů, kteří investují velké finanční prostředky do vývoje bezpečnostních systémů automobilu. Provádění a zveřejňování crash testů organizací Euro NCAP přispělo k vývoji pasivní bezpečnosti tím, že přimělo výrobce automobilů k tomu aby svá vozidla vybavovali stále lepšími bezpečnostními prvky v rámci konkurenčního boje, protože zákazník si je dobře vědom, že se tyto testy provádí a při výběru nového osobního automobilu se rozhoduje i na základě těchto testů. Pasivní bezpečnost se stala marketingovým prvkem a některé automobilky na ní budují svoji image (např. Volvo, Renault). Z mé práce je patrné, že bezpečnost osobních automobilů se neustále zlepšuje a v mnou sledovaném období (10 let) zaznamenala velký posun dopředu a je pravděpodobné, že stále poroste.

36

8

Seznam použité literatury

[1] VLK, F. Elektronické systémy motorových vozidel. 1. vyd. Brno: František Vlk, 2002. 298 s. ISBN 80-238-7282-6. [2] VLK, F. Elektronické systémy motorových vozidel 2. Brno: Prof. Ing. František Vlk, DrSc., nakladatelství a vydavatelství, 2002. 592 s. ISBN 80-238-7282-6 [3] VLK, F. Karosérie motorových vozidel: Ergonomika, Biomechanika, Struktura, Pasivní bezpečnost, Kolize, Materiály. 1. vyd. Borno: Nakl.Vlk, 2000. 243 s. ISBN 80238-5277-9 [4] VLK, F. Zkoušení a diagnostika motorových vozidel : Výkon vozidla, brzdové soustavy, motor, převodové ústrojí, odpružení, řízení, ovladatelnost, elektronické systémy. Brno: Nakladatelství a vydavatelství VLK [5] Webové stránky: www.auto.cz www.euroncap.com www.besip.cz www.volvo.com/group/czechrepublic/cs-cz/volvo_splash.htm www.crashtest.cz

37

9

Seznam obrázků

Obr. 1. Profesor Larry Patrick ........................................................................................ 10 Obr. 2. Prof. Patrick při pokusu ...................................................................................... 11 Obr. 3. Nils Bohlin.......................................................................................................... 17 Obr. 4. Moderní automobil vybavený Airbagy............................................................... 18 Obr. 5. Funkce a časový průběh čelního airbagu............................................................ 20 Obr. 6. Čelní náraz .......................................................................................................... 23 Obr. 7. Boční náraz ......................................................................................................... 24 Obr. 8. Náraz na sloup .................................................................................................... 25 Obr. 9. Střet s Chodcem.................................................................................................. 26 Obr. 10. Crash test figurína Hybrid 3 ............................................................................. 28 Obr. 11. Honda Accord 1999 čelní náraz ....................................................................... 30 Obr. 12. Honda Accord 2003 čelní náraz ....................................................................... 32 Obr. 13. Grafické znázornění testu ................................................................................. 33 Obr. 14. Honda Accord 2009 čelní náraz ....................................................................... 33

10

Seznam tabulek

Tab. 1. Honda Accord 1999............................................................................................ 30 Tab. 2. Honda Accord 2003............................................................................................ 31 Tab. 3. Honda Accord 2009............................................................................................ 33 Tab. 4. Malé vozy ........................................................................................................... 34 Tab. 5. Nižší střední třída................................................................................................ 34 Tab. 6. Střední třída ........................................................................................................ 35

38