KAZA ANINDA YAYALARIN KAFA YARALANMALARINI AZALTICI PASİF GÜVENLİK SİSTEMİ PASSIVE SAFETY SYSTEM WHICH REDUCES PEDESTRIAN HEAD INJURY

Transkript

1 ÖZET KAZA ANINDA YAYALARIN KAFA YARALANMALARINI AZALTICI PASİF GÜVENLİK SİSTEMİ Emre DORUK, İsmail DURGUN Son yıllarda otomotiv teknolojisindeki gelişmelere paralel olarak Euro NCAP standartları incelendiğinde yaya güvenliği çok daha önemli bir hale gelmiştir. Otomotiv üreticileri de ürettikleri araçlarda bu standartları sağlamak için, yayaları ilgilendiren aktif ve pasif birçok güvenlik sistemi geliştirmektedirler. Bu çalışmada, kaza anında başını araç ön kaputuna çarpan bir yayanın daha az yaralanmasını sağlayan aktif kaput teknolojisi incelenmiştir. Kaza anında milisaniyeler mertebesinde bir sürede açılabilen bu kaput sayesinde, yayanın kafasını çarptığı bölgede ekstradan bir deformasyon boşluğu oluşturulmakta ve bu sayede yayanın kafasına alacağı darbenin şiddeti azaltılmaktadır. Anahtar Sözcükler: Güvenlik, Pasif Güvenlik, Yaya Güvenliği. PASSIVE SAFETY SYSTEM WHICH REDUCES PEDESTRIAN HEAD INJURY ABSTRACT In recent years, pedestrian safety have become much more important according to Euro NCAP standards in parallel with advances in automotive technology. Automotive manufacturers are developing many active and passive safety systems involving pedestrians to ensure these standards in their products. In this paper, pop-up hood technology which is decreasing pedestrian head injuries in case of frontal crash has been investigated. Active bonnet can be opened in a period of a millisecond in case of accident and then due to the pop-up hood, an extra deformation space is created in head impact collision region so that pedestrian head injuries is reduced. Key Words: Safety, Pedestrian Safety, Passive Safety. 1. GİRİŞ Her gün trafikte binlerce yaya ve aracın karıştığı hafif yaralanmalı ve/veya ölümcül kazalar meydana gelmektedir. Bu kazalar analiz edildiğinde, araç üzerindeki bazı bölgelerde kaza anında yayaların yaralanma riskinin fazla olduğu tespit edilmiştir. Bu bölgelerden bir tanesi de araç ön kaputudur. Bu bölgeyi riskli kılan nokta, önden çarpmalı kaza anında yayanın başının ön kaput üzerine çarpmasıdır. Ön kaputun altında, motor ve diğer ön geometri elemanları gibi rijit bir yapının olması, yayanın bu bölgeden aldığı bir darbeden daha fazla etkilenmesine sebep olmaktadır. Kaza anında pasif güvenlik sistemi olarak çalışacak açılabilen kaput sistemi ile kaput bir miktar kaldırılarak, yayanın kafasını çarptığı bölgede bir deformasyon boşluğu oluşturulmaktadır. Bu sayede yayanın alacağı kafa yaralanmasının etkilerinin düşürülmesi amaçlanmaktadır. Şekil 1 de açılabilen aktif kaput sisteminin kaza anında nasıl çalıştığı gösterilmektedir. 1 Emre Doruk, TOFAŞ Türk Otomobil Fabrikası A.Ş., Bursa, Turkey, emre.doruk@tofas.com.tr 2 İsmail Durgun, TOFAŞ Türk Otomobil Fabrikası A.Ş., Bursa, Turkey, İsmail.durgun@tofas.com.tr 17

2 Araç tamponu ile yayanın bacağının çarpışması Aktif kaputun açılmaya başlaması Aktif kaputun tamamen açılması Yayanın kafasının kaput ile çarpışması Şekil 1. Aktif Kaput Teknolojisi [1] Euro NCAP, bir aracın bir yetişkin veya çocuğa çarpması durumunda potansiyel yaralanma riskini tahin etmek için motor kaputu ve ön cam, motor kaputu ön kenarı ve tampon gibi aracın ön tarafındaki en önemli yapılarda testler yapmaktadır. Euro NCAP, Şekil 2 de görüldüğü gibi açılabilir motor kaputları ve harici hava yastıkları gibi yaya koruma sistemlerini teşvik etmektedir. Bu konu ayrıca, EU 2003/102/EC yönetmeliğinde de yer almaktadır [2]. Bacak üstü üstü Çocuk başı üstü Yetişkin başı Bacak İyi Yeterli Marjinal Şekil 2. Euro NCAP standartlarına göre yaya koruma sistemleri [2] 2. AKTİF MOTOR KAPUTU SİSTEMİ Günümüz otomotiv teknolojilerine bakıldığında önden çarpışmalı kazalarda yayaların yaralanma oranlarını azaltmak için taşıt elemanlarının yapısal optimizasyon ile daha yaya dostu hale getirilmesi tek başına yeterli olmamaktadır. Bu duruma çözüm olarak sunulan açılabilen kaput teknolojisinin temel çalışma prensibi Şekil 3 te gösterilmektedir. Araç ön tamponuna yerleştirilen 2 adet uzaktan ivmelenme sensörü ve/veya temas sensörü yayanın araç ile etkileşime geçtiğini araç elektronik kontrol ünitesine bir sinyal ile göndermektedir. EKÜ, kaput menteşesinde bulunan proteknik eyleyiciyi aktive ederek kaputun yaklaşık milisaniyede açılmasını sağlamaktadır. Burada önemli olan nokta, olayın çok kısa bir sürede gerçekleşiyor olması sebebi ile kaputun yayanın kafasını çarpmadan önce yaklaşık mm açılmış olmasıdır. 18

3 Aktuator (Kaput kaldırıcı sistem) Elektronik kontrol ünitesi Çarpışma sensör teknolojisi Opsiyonel temas sensörü Şekil 3. Aktif motor kaputu sistemi çalışma prensibi [3] 2.1. Çarpışma sensörü Teknolojisi Trafikte yayaları korumaya yönelik araçlarda kullanılan ve yaya-araç etkileşiminin ilk basamağı olan sensörlerin seçimi büyük önem arz etmektedir. Özellikle çarpışma anında açılabilen kaput veya açılabilen dış hava yastığı sistemlerinde cevap hızı yüksek sensörler kullanılmaktadır. Tablo 1 de yaya algılamada kullanılan sensör tipleri belirli parametrelere göre karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Tablo 1. Yaya algılamada kullanılan sensör tipleri [4] Sistem Aralık Fiyat Frekans Yorum Mikrodalga radar m Düşük 60GHz Karanlıkta etkili değil FMCW radar m Düşük 76-77GHz Karanlıkta etkili değil Milimetre- Dalga gerçek diyafram radar Aktif milimetre Dalga radar Pasif milimetre Dalga sensör Kızılötesi sensör Aktif kızılötesi (lazer/ LED tabanlı) >100 m Düşük 14 veya 56GHz m Düşük 76-77GHz <150 m Düşük 24GHz 125MHz Sis, yağmur ve kara duyarlı <25m Düşük LED 30m (lazer 130m) Orta / Yüksek λ=2-4 µm 890 GHz Lidar <60m Orta 50 ns Ultrasonic 8mm -20m Çok düşük 22kHz-40kHz- 50kHz Sıcak havalarda çözünürlük problemi Güçlü güneş ışığında çalışmıyor Sis, yağmur ve kara duyarlı fakat kire duyarsız Bazı kıyafetler sinyali geri yansıtmıyor 2.2. Aktüatör (Eyleyici) Teknolojisi Açılabilen motor kaputu teknolojisinde kullanılan eyleyiciler iki gruba ayrılmaktadır. Bunlar geri dönüşümlü ve geri dönüşümsüz eyleyicilerdir. Bu sistemde kullanılacak eyleyicilerden temel beklenti milisaniyeler mertebesinde EKÜ den aldığı sinyal ile motor kaputunu açabilmesidir. Şekil 4 te proteknik aktüatörün kullanıldığı aktif kaput açma sistemi görülmektedir. 19

4 Şekil 4. Proteknik aktüator [5] Proteknik aktüator kaputu yaklaşık ms de açabilmektedir. Sistemin dezavantajı geri dönüşümsüz olmasıdır. Sistem devreye girdiğinde eski haline getirilebilmesi için servis maliyeti meydana gelmektedir. Bir diğer aktüatör tipi de şekil hafızalı kaldırma mekanizmasıdır. Şekil hafızalı metal alaşımların ve yayın kullanıldığı sistem kaputu ms de açabilmektedir. Avantajı ise geri dönüşümlü olmasıdır. Sistem Şekil 5 te gösterilmektedir. Şekil 5. Şekil hafızalı-yaylı aktüatör [6] 3. FİZİKSEL TESTLER VE SANAL DOĞRULAMALAR Kaza anında kafasını motor ön kaputuna çarpan bir yayanın kafa yaralanmasını tespit etmek için literatürde HIC (Head Injury Criterion) diye bir değer tanımlanmıştır. Euro NCAP test sonuçlarına göre motor ön kaputundaki HIC değerleri Şekil 6 da gösterildiği gibidir. Şekilden de anlaşılacağı gibi HIC değerinin 1000 den küçük olması istenmektedir. 20

5 Şekil 5. Euro NCAP testlerine göre ön kaput üzerindeki HIC değerleri [6] HIC, kafa yaralanma kriterinin matematiksel ifadesi aşağıdaki gibidir. Burada a, yayanın kafasının ağırlık merkezinin ivmesini, t! t! ise kafanın kaput ile kontakta kaldığı süreyi ifade etmektedir. Bu süre literatürde genellikle 15 ms olarak hesaplanmaktadır. HIC = 1 t! t!!!!! a t dt!.! t! t!!"#$ HIC değeri, yeni tasarlanan bir aktif kaput için Euro NCAP standartlarına uygun olarak, 65 lik bir açı ve 40 km h lik bir hız ile Şekil 6 da gösterilen kaput üzerinde önceden belirlenmiş noktalara içerisinde bir ivmeölçer olan kafa formunun çarptırılması ile sayısal olarak hesaplanmaktadır. Şekil 6. Euro NCAP standartlarına uygun aktif kaput sanal analizleri [7] Yapılan simülasyon sonuçlarının fiziksel testler ile doğrulanması için yine aktif kaput HCI değerlerini hesaplayan test bankoları kurulmaktadır. Şekil 7 de HCI değerinin hesaplanması için iki farklı test yöntemi gösterilmektedir. Şekil 7-a da gösterilen yöntem, içerisinde ivme-ölçer bulunan bir kafa formunun bir sistem tarafından belirlenen noktalara fırlatılması ve kafa formunun konumunun yüksek hızlı kameralarla izlenmesi esasına dayanmaktadır. 21

6 (a) (b) Şekil 7. Euro NCAP standartlarına uygun aktif kaput sanal analizleri [8-9] Şekil 7-b da gösterilen yöntemde ise bir dummy (cansız manken) kullanılmış ve sistem daha gerçekçi bir halde test edilmiştir. 4. SONUÇLAR Yapılan çalışmada, açılabilen motor kaputu teknolojisi tanıtılmış, bu teknolojinin üretim ve doğrulama aşamaları irdelenmiştir. Aktif kaput teknolojisinde kullanılabilecek çarpışma sensörleri avantaj ve dezavantajları ile karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Yine bu teknolojide kullanılan aktüatörler ve özellikleri tanıtılmıştır. Sistemin devreye alınmasında Euro NCAP standartlarına uygun fiziksel test metotları ve sanal doğrulamalar hakkında bilgi verilmiştir. Sistem şu anda her ne kadar üst segmentteki araçlar için düşünülse de Euro NCAP ve EU 2003/102/EC yönetmeliğine girmiş durumdadır. İleriki yıllarda otomotiv üreticilerinin sağlamaları gereken bir standart haline gelmesi beklenmektedir. KAYNAKLAR [1] Barnes, B. M., Brei, D.E., Luntz, J.E., Strom, K., Browne, A.L., Johnson, N., Shape memory alloy resetable spring lift for pedestrian protection, Industrial and Commercial Applications of Smart Structures Technologies, 2008 [2] Huang, S., Yang, J., Optimization of a reversible hood for protecting a pedestrian s head during car collisions, Accident Analysis and Prevention, 42, , 2010 [3] McCarthy, M., Simmons, I., Active Pedestrian Protection, TRL Ltd., Paper number , UK. [4] Xu, D., Zhu, X., Miao, Q., Ma, Z., Wu, B., The Research of Reversible Pop-up Hood for Pedestrian Protection, SAIC Motor Technical Center and Tongji University, Shanghai, China, IEEE, [5] [6] [7] [8] [9] 22