B.2. Các quy định kỹ thuật đối với người nộm nhân trắc học lái mô tô trong thử nghiệm va chạm
B.2.6. Cổ của người lái mô tô (xem 4.3.3)
Nghiên cứu về túi khí của xe mô tô (Rogers, 1991c; Zellner, Newman and Rogers, 1993) đã chỉ ra rằng có khả năng xuất hiện tổn thương cổ nghiêm trọng gây ra do sự bung ra của túi khí. Thí dụ, cổ của các tử thi bị sai vị trí được quan sát là bị gãy do sự bung ra của túi khí từ vùng lắp thùng nhiên liệu của mô tô. Điều này có thể liên quan đến sự khác nhau đáng kể về vị trí ngồi và túi khí của mô tô, trái ngược với xe ô tô, cụ thể là, góc mở lớn hơn của đầu liên quan đến thân người. Vì lý do này hay lý do khác, việc đo và đánh giá các lực và mô men ở cổ theo cách thực tế được coi là rất quan trọng, trong nghiên cứu tính khả thi của hệ thống túi khí của mô tô.
Thiết kế cỡ mới để thử va chạm mô tô xuất phát từ thiết kế Hybrid III cơ sở trước đây. Cổ được thiết kế phải phù hợp đồng thời với các tiêu chí về độ chính xác sinh học khi uốn trước và mở ra sau, mô men uốn và xoắn, như mô tả trong Bảng B.1.
Bảng B.1 - Các tiêu chí về độ chính xác sinh học của cổ
Hướng tải Mục tiêu thực hiện
Uốn trước Vùng thay đổi mô men - góc Mertz (Biokinetics R95-26B) Mối liên hệ đầu - góc cổ (Thunnissen, et al., 1995)
Mối liên hệ vị trí trọng tâm (c. of g.) và xương chẩm (o.c.) - (Thunnissen, et al., 1995)
Uốn ngang ISO TC22/SC12/WG5 đường cong trọng tâm lớn nhất ISO TC22/SC12/WG5 góc nghiêng của đầu lớn nhất Mở ra sau Vùng thay đổi mô men - góc Mertz (Biokinetics R95-26B)
Xoắn Mối liên hệ mô men xoắn - góc của độ chính xác sinh học (ISO 13232-3:1995) Để tham khảo, lịch trình theo thời gian của gia tốc thử trượt ở thiết kế ban đầu và sự phù hợp trong sản xuất sản phẩm được cho trong Hình B.1, Hình B.2 và Hình B.3. Lịch trình này được thiết kế tương tự như tính toán các gia tốc T1 trong nghiên cứu tình nguyện viên NBDL.
Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
Hình B.1 - Đồ thị (xung) gia tốc kéo dài mẫu
Hình B.2 - Đồ thị (xung) gia tốc uốn của mẫu
Hình B.3 - Đồ thị (xung) gia tốc ngang của mẫu
Có 3 mục tiêu mà cổ cần phải đạt được. Thứ nhất, hiện tượng trễ, được mô tả bằng việc phân tích dữ liệu của tình nguyện viên Naval Biodynamic Lab (phòng thí nghiệm động lực sinh học hải quân) (Wismans và Spenny, 1984) đã sao chép thông qua cơ cấu trượt phần trên của cổ. Hiện tượng trễ này xuất hiện khi gập người ra trước, lúc đó thân của tình nguyện viên phải chịu đựng một gia tốc hướng về phía sau, ban đầu làm cho đầu dịch chuyển về trước giống như cổ bắt đầu quay, về mặt sinh lý học, trạng thái dịch chuyển này giống như do sự nắn thẳng phần cong của đốt sống cổ, cũng
Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
lại dưới dạng hàm của góc lưng. Như cổ của người lái xe ngửa ra hơn, chiều dài hiệu quả bị thu ngắn lại, cũng như trọng tâm dịch chuyển ra phía sau. Đối với cổ người nộm, việc điều chỉnh góc ở đoạn giữa cổ là đủ để có vị trí thích hợp của đầu tương ứng với thân người. Thiết kế cổ mới chấp nhận sự điều chỉnh ở đoạn giữa thông qua giao diện dạng răng giữa phần cổ trên và dưới. Đây là chức năng điều chỉnh duy nhất yêu cầu để có hướng của cổ thích hợp.
Mục tiêu thứ 3 là kết hợp thực hiện sự xoắn thông qua cấu trúc cổ toàn vẹn, hơn là thêm vào một mô đun xoắn riêng rẽ. Tuy nhiên, người ta phát hiện ra rằng yêu cầu về độ cứng uốn trước và uốn ngang khiến cho các kích cỡ và hình dáng của các linh kiện của cổ không thích hợp với độ cứng xoắn cần thiết. Điều này được khắc phục bằng việc đưa vào các nhân tố biến dạng thêm vào phía trước của mỗi đĩa đàn hồi. Các nhân tố này được gắn vào bề mặt đáy của đĩa, vì vậy khi xoắn hay ngửa cổ, các nhân tố này sẽ không có vai trò gì cả. Tuy nhiên, trong sự uốn, các nhân tố này có thể bị nén lại, góp phần làm tăng độ cứng cần thiết khi uốn.
Các phần tử biến dạng trong thiết kế cổ được làm bằng cao su urethane đúc rất bền chắc và đáng tin cậy. Vật liệu này thể hiện khả năng hấp thụ xung động nhỏ và 06 đặc tính trễ tuyệt vời, thậm chí cả khi có sức căng lớn, kết quả là khả năng lặp lại rất tốt. Hiện nay có 4 nhân tố được đưa ra, các nhân tố này làm tăng kích thước từ đỉnh tới đáy, để giải thích cho việc các tải trọng uốn lớn sẽ nhỏ hơn ở cổ. Mỗi nhân tố, hoặc đĩa, được gắn vào bề mặt liền kề bằng nhôm bằng một loại keo dán nhiều lớp đặc biệt. Keo dán này chắc chắn hơn đúc cao su urethane vào vị trí cần thiết và vật liệu sẽ hỏng trước khi gắn.
Sự phù hợp trong sản xuất sản phẩm, đáp ứng động lực học trong thử thực tế, độ bền của kết cấu, và độ bền động lực học của cổ mới được thử bằng một loạt phép thử.
Khả năng sản xuất những bản sao cổ phức tạp, với mỗi bản sao có các đặc tính độ cứng tương tự nhau (sự phù hợp trong sản xuất) được kiểm tra kỹ qua 4 mẫu cổ được sản xuất, cổ đầu tiên được sử dụng để thử trượt để kiểm tra sự đáp ứng động lực học của thiết kế đối với sự phù hợp trong sản xuất sản phẩm lần đầu của sản phẩm. Ba mẫu cổ còn lại được sản xuất sau đó vài tháng với cùng quy trình sản xuất. Sau đó cả 4 cổ được thử theo quy trình thử sự phù hợp trong sản xuất sản phẩm tiếp theo của sản phẩm.
Các kết quả của phép thử sự phù hợp trong sản xuất sản phẩm tiếp theo được cho trong Bảng B.2.
Chú ý rằng đối với mỗi cổ, mỗi phép thử được lặp lại 3 lần với giá trị trung bình của 3 phép thử được báo cáo.
Bảng B.2 - Các kết quả thử sự phù hợp trong sản xuất sản phẩm tiếp theo
Cổ
Góc uốn trung bình
(độ)
Dịch chuyển trượt trung
bình (cm)
Góc ngửa cổ trung bình
(độ)
Góc uốn ngang trung
bình (độ)
Góc xoắn trung bình
(độ)
Cổ thứ nhất 17,5 13,0 30,9 28,7 41,5
Bản sao 1 16,3 12,4 27,7 26,4 37,9
Bản sao 2 17,1 12,2 28,5 26,3 36,9
Bản sao 3 18,0 14,7 29,7 27,1 38,2
Trung bình của 4 cổ 17,2 13,1 29,2 27,1 38,6
% sai lệch tiêu chuẩn
của 4 cổ 4,2 % 8,7 % 4,7 % 4,1 % 5,1 %
Kết quả của những phép thử này thể hiện sự phù hợp chặt chẽ giữa đặc tính độ cứng của tất cả 4 chiếc cổ và do vậy đã chứng minh rằng quá trình thiết kế và sản xuất có thể lặp lại được.
Đáp ứng động lực học của chiếc cổ mới (ảnh 1) trong phép thử thực tế 413-0/30 (FST) đã được thử ở
Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
Fx
(kN)
Fy
(kN)
Fz
(kN)
Mx
(Nm)
My
(Nm)
Mz
(Nm)
+ - + - + - + - + - + -
Cũ 4,02 -1,32 0,59 -0,09 1,81 -5,57 27,06 -15,74 62,19 -87,71 34,51 -4,50 Mới 0,53 -1,48 0,30 -0,22 1,58 -1,29 10,47 -33,21 23,45 -67,78 16,77 -14,20 Đối với va chạm phía trước mô tô (MC) này, các giá trị đo chính là Fx, Fy, và My. Dữ liệu trên đây chỉ ra rằng việc sử dụng cổ mới mềm hơn làm giảm các tải Fx, Fy, và My. Kiểm tra cổ mới sau khi thử thực tế không thấy xuất hiện những phá hỏng nhìn thấy được. Sau khi thử thực tế, cổ được thử theo quy trình thử sự phù hợp trong sản xuất sản phẩm tiếp theo. Các kết quả đưa ra trong Bảng B.5 dưới đây thể hiện rằng cổ phù hợp với tất cả tiêu chuẩn về độ cứng sau khi thử thực tế.
Trong khi lắp đặt trước khi thử xe Kawasaki GPZ500 và người nộm với thiết kế cổ mới cho thấy việc lắp đặt rất dễ dàng. Tấm che cổ lắp đặt dễ dàng và sự điều chỉnh góc cổ cho phép góc của đầu đặt được ở góc 0° là góc không thể đặt được khi sử dụng cổ cũ, và Kawasaki GPZ trang bị bộ phận bảo vệ chân UKDS tạo thành góc 28° với thân người.
Để thử kỹ hơn cấu trúc và độ bền động lực học của thiết kế cổ mới, sau khi thử thực tế với cổ mới (copy 1), tổ hợp cảm biến đầu và phần trên cổ được sử dụng làm đối tượng cho một loạt phép thử uốn động lực học bằng con lắc thử cổ phần 572. Quy trình thử gồm đối tượng là cổ cho khoảng 15 phép thử con lắc kèm theo sau đó là kiểm tra vật lý để tìm dấu vết hỏng và kiểm tra các đặc tính về độ cứng của cổ theo quy trình thử sự phù hợp trong sản xuất sản phẩm tiếp theo. Quy trình này được lặp lại đến khi cổ chịu được đến 100 phép thử con lắc. Chiều cao rơi và giá trị giảm tốc của con lắc được chọn cho mô men của cổ sinh ra (Bảng B.4) các giá trị này tương đương với các giá trị thu được trong các phép thử va chạm mạnh.
Bảng B.4 - Mô men cổ sinh ra khi thử rơi con lắc
Chuyển động chính Uốn Ngửa cổ Uốn ngang
Mô men lớn nhất (Nm) 90 - 100 70 - 85 40 - 50
Góc thả rơi (độ) 120 90 90
Sau phép thử con lắc lần thử 24, một vết nứt nhỏ (6 mm) đã xuất hiện ở phía sau của đĩa (đốt sống) thứ 2 tính từ đỉnh của cổ. Việc thử được tiếp tục với sự kiểm tra vết nứt đó một cách cẩn thận sau mỗi lần thử. Vết nứt phát triển chậm đến chiều dài 10 mm. Sau phép thử con lắc lần thứ 60, vết nứt được gắn lại với nhau bằng keo dán có thành phần cơ bản là cyanoacrylat. Việc dán này sẽ làm khép lại phần lớn vết nứt và giữ nó gần kín đến khi việc thử dừng lại ở sau lần thử thứ 100.
Lịch trình các kết quả thử sự phù hợp trong sản xuất sản phẩm tiếp theo được cho trong Bảng B.5.
Bảng B.5 - Lịch trình các kết quả thử sự phù hợp trong sản xuất sản phẩm tiếp theo
Thời gian thử
Góc uốn trung bình
(độ)
Dịch chuyển trượt trung
bình (cm)
Góc ngửa cổ trung bình
(độ)
Góc uốn ngang trung
bình (độ)
Góc xoắn trung bình
(độ)
Trước khi sử dụng 16,3 12,4 27,7 26,4 37,9
Sau khi thử thực tế 15,5 13,0 27,5 26,4 37,9
Sau 7 E, 10 F, 0 L a 17,7 15,3 30,7 29,4 41,1
Sau 14 E, 10 F, 0 L a 16,9 15,5 29,8 28,7 39,8
Sau 16 E, 16 F, 0 L a 18,1 16,3 31,6 30,0 41,3
Sau 23 E, 23 F, 0 L a 18,3 16,3 31,0 30,2 41,3
Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
Các kết quả thử sự phù hợp trong sản xuất sản phẩm tiếp theo thể hiện rằng cổ phù hợp với các đặc tính uốn, ngửa cổ, lắc ngang, và xoắn thông qua toàn bộ chương trình thử. Điều này bao gồm cả những lần thử khi đã xuất hiện vết nứt. Khoảng cách dịch chuyển yêu cầu (14 mm ± 3 mm) phù hợp cho đến lần thử thứ 60. Chú ý rằng chi phí thay thế lò xo trượt là nhỏ và chỉ là thêm vào, lò xo trượt để thay thế có thể mua và giữ cùng với người nộm và thay thế tại hiện trường thử nghiệm khi cần.
Hơn nữa phải chú ý rằng khi cần thiết có thể thay thế một đĩa urethane riêng thì giá thành cũng rẻ hơn nhiều so với thay cả một cái cổ mới.
Chú ý rằng có thể thay đổi các đặc tính động lực học mà không thay đổi các đặc tính tĩnh. Người dùng nên kiểm tra các cổ về tuổi thọ và những thay đổi liên quan đến việc sử dụng trong các đặc tính động lực học và báo cáo bất kỳ kết quả nào liên quan đến các vấn đề trên cho WG22.
Dựa vào loạt phép thử này ta kết luận về thiết kế cổ mới như sau:
- có thể được sản xuất theo phương pháp lặp lại;
- có thể được sử dụng tốt trong thử nghiệm thực tế;
- điều chỉnh góc đầy đủ theo vị trí đúng của đầu;
- không bị ảnh hưởng nhiều bởi các vết nứt nhỏ;
- phù hợp với các đặc tính kỹ thuật về hiệu chuẩn đến khoảng hơn 60 lần va chạm mạnh;
- có thể sửa chữa tại hiện trường khi xuất hiện các vết nứt nhỏ.
Khi coi tuổi thọ làm việc của cổ và chi phí thấp của việc thay thế hay sửa chữa các phần làm bằng urethane nếu cần, thì chi phí cho vòng đời của một cái cổ mới có thể nhỏ hơn một chút so với thiết kế cổ sẵn có.
B.2.6.1. Sử dụng cổ và các giới hạn (Neck use and limitations) (xem 4.3.3)
Cổ thể hiện trên Hình A.4 được thiết kế đặc biệt để sử dụng trong nghiên cứu va chạm mô tô. Người dùng có thể xem xét các thông tin sau.
B.2.6.1.1. Độ cứng của cổ MATD dựa vào chuyển động của đầu và cổ đo được trong các phép thử ở tình nguyện viên Navy (Ewing, 1973). Đối với độ dãn dài lớn liên quan đến các điều kiện khắc nghiệt hơn có thể thu được khi so sánh với các thiết kế cổ người nộm (tức là, Hybrid III có một dây cáp bằng thép lắp theo chiều dọc để giới hạn độ dãn dài). Chú ý rằng trên Hình B.4, độ dãn dài cổ tình nguyện viên Navy (thêm vào chuyển động “vươn cổ”) là tương đối rộng.
Hình B.4 - Độ dãn dài cổ người thu được trong phép thử đối với tình nguyện viên Navy B.2.6.1.2. Chiều dài tĩnh của cổ MATD dựa vào việc nghiên cứu tư thế được thực hiện với 3 người lớn nam giới 50 % và 3 mô tô khác nhau. Nghiên cứu này định lượng vị trí của đầu người lái xe đối
Công ty luật Minh Khuê www.luatminhkhue.vn
của sự tiếp xúc giữa “mũi và ngực” hơn là tiếp xúc giữa “cằm và ngực”. Kết quả không mong đợi này có thể do sự khác nhau giữa thiết kế ngực của MATD (Hlll) và ngực của người. Hơn nữa, không có dữ liệu về con người nào sẵn có chỉ ra là có sự tiếp xúc “mũi và ngực” xuất hiện ở những người phải chịu những xung trượt giống nhau hay không, cũng như những xung trượt này có thể có hại cho người hay không.
B.2.6.1.5. Cổ MATD được thiết kế và thử sự phù hợp với phép thử trượt gây ra đáp ứng tải quán tính.
Đáp ứng của cổ với các điều kiện va chạm phải phát triển xa hơn, như va chạm với đầu đội mũ bảo hiểm trong thực tế, cần được quan tâm trong tương lai.