Ergonomia Veicular
BAJA
Profª Drª. Maria Lúcia L. Ribeiro
Okimoto
Curitiba-2014
Ergonomia veicular
Ergonomia veicular
pretende....
Adequar o projeto de veículos aos
seus usuários em relação a
conforto, segurança e saúde.
Ergonomia veicular
• Finalidade de uso do produto
• Quem é o usuário ?
– Ônibus, veículos de passeio, tratores,
caminhões, veículos de transporte,
empilhadeiras, barcos, aviões, etc.
• Quais são as características da população
– Homens/mulheres
– Crianças (transporte escolar)
– Jovens ou idosos
Ergonomia veicular
• Projetos para os diversos segmentos de
mercado
– jovens ( carro esportivo/ de velocidade)
– adultos 35 a 45 anos ( carro familiar)
– idosos ( carro de estima)
– carro trabalho ( serviços/delivery/ taxi/rent-car/
ambulância/ etc)
• País e tipo de população
– USA e Europa( com maior envelhecimento da
população)
– USA- o carro é uma necessidade
– Europa- é uma opção
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• População idosa
– não faz mais viagens longas
– usualmente vão a shopping e viagens médicas
• Problemas das pessoas idosas
–
–
–
–
–
dificuldades de dirigir a noite
dirigem em menor velocidade
possuem maior dificuldade de visão/audição
redução degenerativa da força muscular
Possuem maior dificuldade de entrar e sair do veiculo
Ergonomia veicular
Componentes da tarefa do piloto
Alto nível da tarefa
-Visual, manual e cognitivo
Tarefa física
_ uso de força / Mãos/ Pés/ rotação de
tronco e de pescoço/ atividade de longa
duração e esforço
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O Posto do Piloto (cock-pit)
• Acomodação dos comandos (assento, em
relação a cabeça e olhos)
• Antropometria (diferenças da população)
• CATIA
Ergonomia veicular
Problema projetual- Ergodesign
• Aonde deverá ser colocado o banco e
onde deve ser posicionado o volante e
pedais?
• Quanto tempo o condutor vai permanecer
neste posto?
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Elementos que relacionam o pedal, volante e
ponto de referencia do assento
• SgRP- Seating Reference point- ponto de
referência no indivíduo em relação ao assento.Hpoint quando representa o 95% percentil masculino
da população americana.
• SRP- Seatinfg Rerence Point - é o ponto
localizado no plano sagital pela intercessão de outros
dois planos, entre o encosto e o assento, no plano de
compressão do ponto extremo interno.
• Eye Point - posição dos olhos
Normas da SAE - Society Automotive Engineering
Ergonomia veicular
SgRP
SRP
Ergonomia veicular
Eye
Point
Ergonomia veicular
Esfera espacial mínima
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Ergonomia veicular
120o.
50.
120o
10o.
10o.
fonte: IKA
Figura – Posição Ideal de Assento nos Veículos
Bancos motorista
Para satisfazer esta necessidade
de projeto, os equipamentos do
veículo também devem ser
dotados de fixações ajustáveis.
devem possuir regulagem de
profundidade, do encosto, de
altura, de lombar e ter encosto de
cabeça com regulagem de altura
e profundidade.
os cintos de segurança devem ter
regulagem de altura e o volante,
de altura e profundidade.
Medidas de antropometria estática da população norte americana, baseadas
em uma amostra de 52744 homens de 18 a 79 anos e 53343 mulheres de 18
a 79 anos, realizada entre 1960 e 1962.
Medidas de antropometria estatica (cm)
mulheres
Homens
5%
50%
95%
5%
50%
95%
Peso
47
52
90
57
75
98
Estatura corpo ereto
149.9
159.8
170.4
161.5
173.5
184.9
Altura da cabeca sentado, a partir do assento ereto
78.5
84.8
90.7
84.3
90.7
96.5
Altura da cabeca sentado, a partir do assento natural
75.2
82.0
88.1
80.3
86.6
93.0
Altura do cotovelo a partir do assento ereto
18.0
23.4
27.9
18.8
24.1
29.5
Altura do joelho sentado
45.5
49.8
54.6
49.0
54.4
59.4
Altura poplítea
35.6
39.9
44.5
39.4
43.9
49.0
Comprimento nádega poplítea
43.2
48.0
53.3
43.9
49.5
54.9
Comprimento nadega joelho
51.8
56.9
62.5
54.1
59.2
64.0
Largura das coxas
10.4
13.7
17.5
10.9
14.9
17.5
Largura entre cotovelos
31.2
38.4
49.0
34.8
41.9
50.5
Largura dos quadris sentado
31.2
36.3
43.1
31.0
35.6
40.4
Medidas de antropometria estática da população norte americana, baseadas em uma amostra de 52744 homens de 18 a 79 anos e
53343 mulheres de 18 a 79 anos, realizada entre 1960 e 1962.Fonte: (us public health publication n.1000 – series 11, 1965) Itiro
Lida
Ergonomia veicular
Ergonomia veicular
• Avaliação do projeto / SOftware
Avaliação Ergonômica
• Biomecânica (conceitos a serem aplicados no
projeto veicular)
• Segurança veicular
• Modelos de avaliação biomecânica
– Modelos em CAD - Catia
– Realidade Virtual
As medidas de
comprimento são
médias do percentil
50 de tripulações da
Força Aérea Norte
Americana
A coluna vertebral é dividida em quatro
partes:
sete vértebras cervicais, logo abaixo da
caixa craniana,
doze vértebras torácicas,
cinco vértebras lombares, que estão
imediatamente acima do sacro contendo
o cóccix.
A ordenação das vértebras é de cima para
baixo; assim, a primeira vértebra cervical
está sustentando a cabeça e a quinta
vértebra lombar é a última antes do sacro,
que, por sua vez, está rigidamente ligado
à pelve.
A linha definida pela coluna de uma pessoa
em pé não é reta, mesmo em posição
normal, mas curva “em S” com variação de
concavidade, como ilustra a Figura .
A coluna vertebral faz parte do esqueleto e
participa da sustentação do corpo.
L5 S1
• Existem discos fibrosos entre as vértebras
que amortecem as forças para baixo e os
outros impactos na coluna vertebral.
Entretanto, a pressão ( força/área)
permanece aproximadamente constante
para todos os discos. O disco rompe
numa pressão de cerca de 107 Pa (100
atmosferas).
•
Comportamento da coluna
vertebral
• O comprimento da coluna vertebral pode
encurtar o seu comprimento normal de
cerca de 0,7 cm de até 1,5 cm durante o
curso de um dia ativo. Isto não é
permanente e o comprimento é
restabelecido durante o sono noturno.
Entretanto, a coluna vertebral encolhe
permanentemente com a idade devido.
Figura 2.22 – Esquema das condições anormais da coluna vertebral (a) lordose (b) cifose (c) escoliose (d) condição normal da coluna.
Adaptado de A Guide to Physical Examination, B. Bates, J.P. Lippincott, Philadelphia, PA, pp. 261-262, (1974)
Figura –
Esquema das condições
anormais da coluna
vertebral
(a) lordose
(b) cifose
(c) escoliose
e (d) condição normal da
coluna.
Normalmente o ângulo lombossacral é
cerca de 30º.
Adaptado de A Guide to Physical
Examination, B. Bates, J.P.
Lippincott, Philadelphia, PA, pp.
261-262, (1974)
Levantamento de peso. (a)
Esquema das forças
usadas. (b) A força onde T é
uma aproximação para
todos as forças musculares
e R é a força resultante na
Quinta vértebra lombar
(L5). Note que a força de
reação R na Quinta
vértebra lombar é grande.
(Adaptado de L. A. Strait, V. T. Inman, e
H. J. Ralston, Amer. J. Phys., 15, 1947,
pp. 377-378).
•
Figura Pressão na coluna
vertebral.
Figura (a)
(A) -A pressão no terceiro disco
lombar para um sujeito de pé,
(B) de pé segurando 20 kg,
(C) erguendo 20 kg corretamente
dobrando os joelhos e
(D) levantando 20 kg incorretamente
sem dobrar os joelhos.
Figura (b) pressão instantânea no
terceiro disco lombar enquanto
está se erguendo 20 kg
corretamente e incorretamente.
Note a pressão de pico muito
maior durante o levantamento
incorreto.
(Adaptado de A. Nachemson and G. Elfstrom, Scand. J. Rehab. Med., Suppl. 1,
1970, pp. 21-22.)
• Forças de puxar e empurrar
2000Newtons
» The biomechanical load during pushing and pulling is
far less studied compared to lifting. Most studies which
consider the force direction predicts modest lumbar
spine compression forces for pushing, typically in the
range of 2000N (de Looze et al., 1995; Lee et al., 1991;
Resnick and Chaffin, 1995; Schibye et al., 1997). For
pulling in front of the body, higher compression forces
have been found (de Looze et al., 1995; Lee et al., 1991;
Troup and Chapman, 1969).
Força de levantamento -Lifting Force – NIOSH 3400Newtons
Colisões x coluna vertebral
COLISÕES ENVOLVENDO VEÍCULOS
• Colisões de carros modernos de alta
velocidades sujeitam os ocupantes a forças
aceleradoras e desaceleradoras muito grandes.
Num acidente o carro pára freqüentemente num
curto intervalo de tempo, produzindo forças
muito grandes. O resultado destas forças no
condutor e passageiros pode ser fraturas de
ossos, lesões internas e morte.
• - Lesões nas batidas.(a ) O tronco de uma
pessoa sentada num automóvel batido por trás
é acelerado para frente por forças atuando no
assento.
• (b) a inércia da cabeça faz ela permanecer no
lugar enquanto o tronco do corpo move-se para
frente , deixando um severo alongamento na
região do pescoço.
• (c ) Um momento após a cabeça é acelerada
para frente
(a) Um automóvel
viajando a 15 m/s (54
km/h) é envolvido
numa colisão. (b) e
pára em 0.5 m. (c )
Um passageiro
usando um cinto de
segurança é girado
para frente e bate no
painel. 1 g é igual a
aceleração da
gravidade.
Figura -
• Um critério para capacetes de ciclistas
é a habilidade da cabeça do condutor
resistir um impacto a 24 km/h contra
uma superfície plana rígida.
• O material do capacete deve ter a
dureza apropriada a compressão de
modo que o colapso da almofada do
capacete prolongue a desaceleração e
assim reduza as forças na região da
cabeça.
• Deve-se lembrar, entretanto, que
dispositivos de proteção não fornecem
proteção absoluta.
Ergonomia veicular
• Materiais e métodos
Ergonomia veicular
CONDUTOR
(ângulo)
(ângulo)
(ângulo)
(ângulo)
1
116
22
146
153
2
98
18
116
163
3
117
41
146
142
4
Desvio
Padrão
99
56
157
135
10,41
17,63
17,61
12,31
Ergonomia veicular
Altura total
Percentil da altura corresponde na tabela
(mm)
antropométrica (ROEBUCK,1995)
24,3
1670
25%
154,3
10,5
1740
50%
Condutor 2
136,1
28,7
1750
50%
Condutor 4
126,6
38,2
1820
90%
Norma SAE J1100
164,8
-
1840
95%
Distância SgRP/SRP
mm
SgRP SAE - SgRP Real
Condutor 3
140,5
Condutor 1
Pescoço
Sente dor ou desconforto nesta região?
Questionário de
desconforto
Ombros
Sente dor ou desconforto nesta região?
Nunca
Ocasional
Freqüente
Sempre
Nunca
Ocasional
Freqüente
Sempre
Cotovelo
• Conforto
Dorsal
Sente dor ou desconforto nesta região?
Nunca
Ocasional
Freqüente
Sempre
Sente dor ou desconforto nesta região?
Nunca
Ocasional
Freqüente
Sempre
Antebraço
Lombar
Sente dor ou desconforto nesta região?
Sente dor ou desconforto nesta região?
Nunca
Ocasional
Freqüente
Sempre
Sente
dor ou desconforto nesta região?
Nunca
- Desconforto
Corllet
Ocasional
Freqüente
Sempre
Pulso/Mão
Quadril
Sente dor ou desconforto nesta região?
Sente dor ou desconforto nesta região?
Nunca
Ocasional
Freqüente
Sempre
Nunca
Ocasional
Freqüente
Sempre
Coxa
Joelhos
Sente dor ou desconforto nesta região?
Nunca
Ocasional
Freqüente
Sempre
Sente dor ou desconforto nesta região?
Nunca
Ocasional
Freqüente
Sempre
Perna
Tornozelo/Pé
Sente dor ou desconforto nesta região?
Sente dor ou desconforto nesta região?
Nunca
Ocasional
Freqüente
Sempre
Nunca
Ocasional
Freqüente
Sempre
Outro _______________________________
Sente dor ou desconforto nesta região?
Nunca
Ocasional
Freqüente
Sempre
Análise Ergonômica SAE MINI BAJA-PIÁ
(modelo ano 2007)
Ergonomia veicular
• Avaliação em USO
Aspectos ergonomicos do Mini-baja Piá
•
O objeto do estudo de caso é o Projeto SAE Mini-Baja da
Universidade Federal do Paraná (UFPR) – PIÁ Mini-Baja - do ano
de 2007. O objetivo principal é a identificar pontos críticos de
ergonomia postural e apontar possíveis soluções para aprimorar a
posição de dirigir e segurança do piloto.
•
Este projeto visa proporcionar aos alunos de Engenharia
Mecânica do Brasil o projeto e execução da construção de um
veículo fora-de-estrada para prova de resistência e com potência,
dimensões e peso restritos para ser conduzido por um piloto, sem
passageiros ou carga. Por ser uma prova de resistência onde o
veículo é submetido a situações extremas, alguns requisitos devem
ser preenchidos para a segurança do piloto, como aplicação de
materiais resilientes e botão de emergência para corte da injeção de
combustível. Devido à situação extrema de uso, a ergonomia deve
ser estudada com cuidados especiais para que o piloto não sofra
lesões, esteja em posição confortável e que possibilite ao mesmo a
aplicação correta de forças nos equipamentos do cockpit.
• Este projeto consiste basicamente de uma
estrutura metálica que suporte o cockpit
(com um assento, cintos de segurança,
volante e manopla de câmbio), sistema
moto-propulsor, sistema de suspensão,
sistema de direção, sistema elétrico e
demais equipamentos necessários.
•
A Figura 10 demonstra o esquema
básico do cockpit veículo.
PONTOS CRÍTICOS DO PROJETO:
• Posição do Ponto H em relação ao assoalho do veículo:
O ponto H do piloto situa-se muito próximo ao assoalho,
prejudicando assim a aplicação máxima de forças nos
pedais. Possível solução: pequena elevação do assento
do piloto. Observação: A SAE Brasil obriga que a altura
mínima do assento até a barra superior seja de 104 cm
e altura máxima de 1,90 metros. No caso de um grande
aumento da altura do veículo o centro de gravidade
desloca-se muito, tornando o veículo menos estável,
condição de grande importância neste tipo de
competição.
• A altura do veículo em relação ao solo
também deve ser levada em conta, pois o
tipo de terreno exige uma altura mínima
do veículo. Sendo assim, a elevação do
banco depende de cálculos de altura de
suspensão e da altura total.
• Posição dos Pedais: No Projeto PIÁ Mini-Baja, a
posição dos pedais se encontra acima da linha do
ponto H do piloto, além de ter seu ponto de fixação
inferior, o que dificulta o acionamento dos mesmos
(força de aplicação menor): O vetor da força se
encontra negativo no eixo x e positivo no eixo y.
• Possível solução: Abaixar a altura dos pedais e a
fixação ser superior para que o vetor força se encontre
negativo nos eixos x e y, possibilitando uma melhor
aplicação da força e maior conforto.
• Posição do Volante: A posição do volante
é fixa dificultando para o piloto encontrar
uma posição mais confortável. Possível
solução: Adaptar um sistema de direção
escamoteável.
• Posição das Pernas do Piloto: As pernas do piloto
encontram-se muito dobradas. Possível solução: Como
o banco é muito próximo do assoalho, as pernas do
piloto devem ficar em uma posição menos dobradas,
visto que para a segurança em caso de acidente esta
posição proporcionará menos riscos ao condutor.
Observação: O regulamento não prevê comprimento
máximo, porém alguns circuitos são projetados para
veículos de 2.75 metros de comprimentos, sendo que se
o veículo exceder essa metragem e não for capaz de
percorrer o circuito, será desclassificado do evento.
• CONSIDERAÇÕES FINAIS
O Projeto PIÁ Mini-Baja, quanto à ergonomia, pode ser
aperfeiçoado segundo o estudo das posições de dirigir e
de segurança demonstrados. O número de modificações
possíveis não é grande, porém as conseqüências destas
mudanças em uma prova de resistência com somente
um piloto e onde o veículo permanece muito tempo em
terreno irregular e sinuoso, são notáveis para condutor.
Além do conforto, as soluções dispostas visam também
evitar lesões ao piloto, seja em um acidente ou no
decorrer da competição.
• As restrições do regulamento impedem
que alguns pontos citados sejam
modificados de maneira ideal, uma vez
que a maioria das dimensões são restritas
e as posições ergonomicamente corretas
necessitam de um espaço maior. Nem
todas as modificações dependem de
restrições de regulamento, podendo os
pontos críticos e soluções serem
estudadas em um projeto futuro.
• Quanto à ergonomia em veículos de passeio, nota-se
que a posição de dirigir ou se acomodar no banco é
muito importante na segurança em um possível
acidente, além de melhorar o conforto do ocupante. Os
equipamentos dispostos no veículo são projetados
conforme estudos ergonômicos e são benéficos quando
o condutor se posiciona corretamente. O não
posicionamento correto pode gerar desconforto e até
lesões de menor gravidade. Já no caso de um acidente,
a correta posição mostra-se imprescindível, pois vários
dispositivos de segurança podem causar lesões graves
quando o ocupante encontra-se fora da posição
designada.
Obrigado !