Análise das Cargas Geradas na Região Pélvica por Tiras de Cinco Pontos em Dispositivos de Retenção Infantil no Ensaio de Capotamento

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1 P Análise das Cargas Geradas na Região Pélvica por Tiras de Cinco Pontos em Dispositivos de Retenção Infantil no Ensaio de Capotamento Sandro C. Hainoski, Erick Tivelli, e Antonio Celso F. Arruda Faculdade de Engenharia Mecânica, UNICAMP Copyright 2010 SAE International ABSTRACT The development of child restraint system (CRS) in automobiles has been one of the important topics of discussion in the community involved with Vehicle Safety. The correct use of these CRS effectively reduces the number of deaths of children in automobile accidents. The correct manufacture of child restraint system needs to be approached. One of the topics of discussion that needs to be considered is the risk of genitals of children being injured during an accident. The lesions on the genitals can occur due to the vulnerability of children's genitals in the dissipation of tension stemming from the strap between the legs. The main objective of this study was to evaluate the tension distribution generated in the strap between the legs in the pelvic region as a dummy using a five point harness child restraint system. Three different commercial models CRS certified for group I, II and III, a dummy with anthropometric measures related to this group and a load cell located in the pelvic region. The assembled system, that comprehends the CRS/dummy and load cell, was subjected to rollover assays based on the Brazilian standard NBR with rotations varying from 2.0º/s, 3.3 /s to 4.4 /s. The tested CRS showed different results when compared with each other, and when subjected to different rotations. RESUMO O desenvolvimento de dispositivos de retenção infantil (DRI) em automóveis tem sido um dos importantes tópicos de discussão na comunidade envolvida com Segurança Veicular. A correta utilização destes dispositivos reduz efetivamente o número de óbitos de crianças em acidentes automobilísticos. A correta fabricação de dispositivos de retenção infantil necessita ser abordada. Um dos tópicos em discussão que precisa ser considerado é o risco de lesões nos órgãos genitais das crianças durante um acidente. As lesões em órgãos genitais podem ocorrer devido à vulnerabilidade da região genital infantil na dissipação de cargas advindas da tira entre pernas. O principal objetivo nesse estudo foi avaliar a distribuição de cargas geradas na tira entre pernas na região pélvica num dummy (boneco de ensaio), utilizando tiras de 5-pontos dos dispositivos de retenção infantil. Utilizou-se três modelos comerciais diferentes de DRI certificados para o grupo I, II e III um dummy com medidas antropométricas referentes a este grupo e uma célula de carga localizada na área da região pélvica. O conjunto montado, composto pelo DRI/ dummy e célula de carga, foi submetido a ensaios de capotamento baseados na norma brasileira NBR com rotações variando de 2,0º/s, 3,3º/s a 4,4º/s. Os dispositivos de retenção infantil ensaiados apresentaram resultados diferentes tanto quando comparados entre si, como quando submetidos a rotações diferentes. Page 1 of 8

2 INTRODUÇÃO Para melhor conhecer o comportamento da tira entre pernas nas cadeirinhas (com cinco tiras de retenção) e o ocupante, então, determinar o quanto a indevida utilização destes dispositivos ou dos diferentes modelos pode lesar a região pélvica dos ocupantes, os ensaios procedem com o auxílio de manequins instalados nestes dispositivos sujeitos à sua distribuição de massa ao longo de seu tombamento, e o monitoramento da carga dissipada na região da pélvis, para diferentes cadeirinhas. Para avaliar os dispositivos de retenção com foco no comportamento da tira entre pernas, foi construído um dispositivo de simulação de capotamento para atuar de forma dedicada. O capotamento é uma condição de impacto onde o ocupante é solicitado pelas forças proveniente ao impacto do veiculo como também as forças inerciais e centrípetas que agem de forma a expulsar o ocupante de dentro do veiculo. A criança na cadeirinha de cinco pontas devidamente ancorada a carroceria do veiculo não possui risco de ejeção do veiculo; a criança por ter estatura menor e o pouco deslocamento que o cinto de segurança cinco pontos permite estará menor chance de colidir ao interior do veiculo e ao solo que o adulto com cinto de segurança. Desta forma a potencial lesão que a criança estará exposta e a carga gerada pela inércia de sua massa desacelerada pelo impacto. A forma como as cadeirinhas são acopladas ao veículo é uma parte do problema, entretanto, para melhorar a tolerância ao impacto, as cargas devem ser distribuídas de forma muito ampla e direcionada para as partes mais fortes do corpo da criança, por este motivo, no ato do projeto de uma cadeirinha, questões importantes devem ser consideradas, como a utilização de tiras múltiplas, proximidade da tira na região pélvica da criança e seus órgãos genitais, geometria da base do assento, inclinação da rampa anti-submarino. GOUVEA 3, descreve que a maioria das regulamentações que dispõe sobre o assunto, os vários modelos cadeirinha de criança voltada para frente dispõem de cinto de segurança cinco pontas. Este sistema de retenção utiliza uma única fivela para unir os dois pontos sobre os ombros, um ponto de cada lado da pélvis e um ponto composto por um cadarço que sobe do centro do assento ilustrada na figura 1. Esta forma permite uma eficiente distribuição das cargas nas regiões ósseas em condição de colisão veicular. Figura 1- Dispositivo de transporte de criança com cinto de segurança de cinco pontas. Page 2 of 8

3 MATERIAIS E MÉTODOS PROCEDIMENTOS CONSTRUTIVOS Foram observados durante o projeto e execução dos dispositivos e ensaio os requisitos descritos na NBR e na ECE R44 2. Utilizou-se de um manequim baseado num boneco antropomórfico de 6 anos, baseado no Hybrid II e III com seis anos, e de um dispositivo de capotamento, o qual rotaciona lentamente uma base com um banco onde fica instalada a cadeirinha a ser ensaiada, este equipamento executa rotações laterais e frontais com giros de 360 graus em ambos os sentidos. SISTEMA DE MEDIÇÃO Para o sistema de medição foi instalado uma célula de carga com capacidade para 50 kgf de compressão, e área de contato de 1800 mm2 entre as pernas do boneco de ensaio, com o propósito de medir a carga sofrida nesta região do manequim. O ponto de instalação da célula de carga, figura 02, garante que a mesma sofra uma compressão pela tira entre pernas no instante do deslocamento do Dummy durante o movimento rotacional do dispositivo no ensaio de capotamento Figura 02 - Ponto de instalação da célula de carga Um programa desenvolvido em uma linguagem de programação gráfica, em comunicação com a placa de aquisição de dados, recebe este sinal elétrico e o interpreta. Quanto mais intenso for o sinal elétrico recebido, maior é a leitura feita pelo programa, conseqüentemente, maior é a carga indicada por ele. Com os dados adquiridos por esse sistema foi possível plotar gráficos de carga (kg) x ângulo de rotação do ensaio (º). DISPOSITIVO DE CAPOTAMENTO O manequim utilizado neste ensaio foi instalado atendendo a norma NBR e as instruções do fabricante, com as tiras de retenção devidamente ajustadas ao boneco. O ensaio de capotamento foi realizado com três modelos comerciais (fig. 3) diferentes de dispositivo de retenção para criança. O DRC denominado cadeirinha 2 tem o uso destinados para os grupos de massa I, II e III. Os DRC denominados cadeirinha 1 e cadeirinha 3 são um dispositivos referentes ao grupo de massa I, e foram propositalmente utilizados para verificar o uso indevido de DRC assim como seus efeitos. Com todos os dispositivos devidamente ajustados ao assento, o ensaio procede com um giro de 360º, com velocidades de rotação entre 3,49x10-2 rad/s a 8,73 x10-2 rad/s (equivalente a 2º/s a 5º/s), no sentido frontal e lateral. Page 3 of 8

4 (kg) BONECO ANTROPOMÓRFICO O boneco utilizado durante o ensaio, foi baseado nos modelos comerciais Hybrid III 6 Year Old e Hybrid II 6 Year Old, com 22,4 kg de massa e 1,15 m de altura, respeitando as equivalências de massas e dimensões desta faixa etária. Com este boneco foi possivel ensaiar dispositivos de retenção dos grupos II e III (fig. 9) RESULTADOS (a) (b) (c) Figura 3 - DRI's ensaiados, (a) Cadeirinha 1, (b) Cadeirinha 2, (c) Cadeirinha 3. ENSAIO DE CAPOTAMENTO LATERAL CADEIRINHA 1 A Cadeirinha 1, classificada pela NBR para o grupo de massa I, é destinada a crianças de 9 kg a 18 kg, com altura aproximada de 1,00 m e com até 32 meses de idade, propositalmente representa resultado da aplicação de dispositivos de retenção indevidos e seus possíveis efeitos. Esta cadeirinha durante o ensaio com o boneco disposto de lado no dispositivo de ensaio demonstra que independente da velocidade de rotação, os valores se mostraram próximos. Pode se observar na figura 4 que com a célula de carga instalada na região pélvica, o pico de carga ocorreu praticamente com o mesmo ângulo de inclinação para as três velocidades, constata-se que a carga é de aproximadamente 40% da massa do boneco de ensaio. Cadeirinha 1 - Região entre as Pernas - Capotamento Lateral Carga a 2,0 º/s(kg) Carga a 3,3 º/s (kg) Carga a 4,4º/s (kg) (º) Figura 4 Ensaio Lateral Cadeirinha 1 Região Pélvica. Page 4 of 8

5 (kg) ENSAIO DE CAPOTAMENTO FRONTAL CADEIRINHA 1 Para o ensaio de capotamento frontal pode-se observar a influencia da velocidade do ensaio com relação aos valores de carga obtidos (fig. 5), nota-se porem que os valores máximos obtidos ocorrem praticamente com o mesmo ângulo de inclinação. Cadeirinha 1 - Região entre as Pernas - Capotamento Frontal Carga a 2,0º/s (kg) Carga a 3,3 º/s (kg) Carga a 4,4 º/s (kg) (º) Figura 5 Ensaio Frontal Cadeirinha 1 Região Pélvica A carga gerada na região pélvica oscilou entre 4% e 15% da massa do boneco de ensaio. Outro fator que pode estar presente, para a disposição frontal, há maior movimentação quer seja do boneco em relação à cadeirinha, e até mesmo da cadeirinha em relação ao dispositivo de capotamento que a ancora em 3 pontos. 5.3 ENSAIO DE CAPOTAMENTO LATERAL CADEIRINHA 2 A Cadeirinha 2, classificada pela NBR para os Grupos de massa I, II e III, destinada a crianças de 9 kg a 36 kg, altura entre 1,00 m a 1,30m, de 32 a 90 meses de idade, representa resultado da devida aplicação de dispositivos de retenção e seus possíveis efeitos. Com o boneco disposto para o ensaio de capotamento lateral, foi demonstrado que independente da velocidade de rotação, os valores oscilaram bastante, porém mantiveram o mesmo perfil de curva. Outra característica desta cadeirinha trata-se da sustentação da sustentação das tiras sobre as pernas do boneco, ilustrada na figura 6, que auxilia na distribuição de carga, amenizando seus efeitos sobre a região pélvica. Figura 6 Ensaio Lateral Cadeirinha 2 Efeito das Tiras sobre as Pernas Pode se observar que não se identificou um pico de carga, mas uma tendência para ângulo de 210º, a carga de aproximadamente 3% da massa do boneco de ensaio ficou distribuída entre 80º e 260º. Page 5 of 8

6 (kg) Cadeirinha 2 - Região entre as Pernas - Capotamento Lateral Carga a 2,0 º/s (kg) Carga a 3,3 º/s (kg) Carga a 4,4 º/s (kg) (a) (º) Figura 7 Ensaio Lateral Cadeirinha 2 Região Pélvica. ENSAIO DE CAPOTAMENTO FRONTAL CADEIRINHA 2 Neste ensaio com o boneco disposto de frente no dispositivo, pode se observar na figura 8 que como no ensaio lateral, independente da velocidade de rotação, os valores oscilaram bastante também, mantiveram o mesmo perfil de curva, que sugere uma característica específica para este tipo de cadeirinha. Exceto pelo ângulo, o resultado ficou próximo dos valores encontrados com a cadeirinha disposta lateralmente, carga oscilou em torno 3% da massa do boneco de ensaio, e que os picos de carga não ficam bem definidos, embora apresente valores relativamente baixos. Figura 8 Ensaio Frontal Cadeirinha 2 Região Pélvica. Page 6 of 8

7 5.4 ENSAIO DE CAPOTAMENTO LATERAL CADEIRINHA 3 A Cadeirinha 3 classificada pela NBR com no Grupo de massa I, representa resultado da aplicação de dispositivos de retenção indevidos e seus possíveis efeitos. Durante o ensaio com o boneco disposto de lado no dispositivo de capotamento é demonstrado na figura 9 que os valores de carga oscilaram bastante, com uma tendência de pico entre 180 e 240. Pode se observar que o pico de carga é de aproximadamente 7% da massa do boneco de ensaio. Figura 9 Ensaio Lateral Cadeirinha 3 Região Pélvica. ENSAIO DE CAPOTAMENTO FRONTAL CADEIRINHA 3 Para o ensaio com o boneco instalado de frente no dispositivo, pode se observar na figura 10 que os valores de pico têm praticamente a mesma amplitude e a mesma curva de distribuição, embora demonstre instabilidade dos valores, que é um reflexo com conjunto boneco, cadeirinha, dispositivo. Neste ensaio, a carga oscilou em torno 4% da massa do boneco de ensaio. Figura 10 Ensaio Frontal Cadeirinha 3 Região Pélvica. Page 7 of 8

8 CONCLUSÕES A variável significativa que tínhamos neste ensaio eram os modelos de cadeirinha e o sentido de rotação. Disto observou-se o melhor resultado de distribuição de carga para a cadeirinha nº 2, que estava de acordo com o grupo de massa cujo qual o boneco de ensaio se enquadrava, isto tanto para o ensaio frontal, quanto lateral, onde não se identifica um pico de carga propriamente, mas uma carga menor por um tempo mais longo, isto devido ao conceito aplicado ao projeto desta cadeirinha e as soluções encontradas, como a disposição das tiras a cadeirinha nº 1 obteve resultados bastante distantes do ideal, de certa forma, o ensaio simulou a aplicação de dispositivo de retenção indevido, pois se tratava de uma cadeirinha destinada para o grupo de massa I. Em alguns dispositivos, mais que nos outros, observou-se uma movimentação excessiva da cadeirinha em relação ao assento. Isto, também devido às características de projeto da cadeirinha e especialmente por se tratar de um assento que dispõe de três pontos de fixação, esta foi uma característica constatada na cadeirinha nº 3. Dos ensaios de capotamento, concluem-se que cada cadeirinha tem características específicas, algumas melhores que as outras e a forma como os DRI's são usados interfere diretamente na sua eficácia. É importante entender a teoria por trás do projeto de sistemas de retenção e de como essa teoria tem sido aplicada para poder avaliar o desempenho do dispositivo retenção infantil. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-14400: veículos rodoviários dispositivos de retenção para crianças requisitos de segurança. Rio de Janeiro, p. 2. ECONOMIC COMISSION EUROPE. ECE R44.03: uniform provisions concerning the approval of restraining devices for child occupants in power-driven vehicles. United Nations, p. 3. GOUVEA, M. F. Análise das Cargas na Região Púbica de Criança de Três Anos Gerada por Cinto de Segurança Cinco Pontas em Colisões Veiculares Tópicos em Eng. de Mecânica - Segurança Veicular - Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 41p. INFORMAÇÕES DE CONTATO Sandro Carlos Hainoski Celular: (019) hainoski@ig.com.br Page 8 of 8