2010-36-0300P
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 14400 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 14400 1 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
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
MATERIAIS E MÉTODOS
PROCEDIMENTOS CONSTRUTIVOS
Foram observados durante o projeto e execução dos dispositivos e ensaio os requisitos descritos na NBR
14400 1 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 14400 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
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 14400 1 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
9.000
7.000
Carga a 2,0 º/s(kg)
(kg)
5.000
Carga a 3,3 º/s (kg)
Carga a 4,4º/s (kg)
3.000
1.000
-1.000
0
30
60
90
120 150 180 210 240 270 300 330 360
(º)
Figura 4 – Ensaio Lateral Cadeirinha 1 – Região Pélvica.
Page 4 of 8
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
3.500
(kg)
2.500
Carga a 2,0º/s (kg)
1.500
Carga a 3,3 º/s (kg)
Carga a 4,4 º/s (kg)
0.500
-0.500
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270 300
330
360
-1.500
(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 14400 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
Cadeirinha 2 - Região entre as Pernas - Capotamento Lateral
0.700
(kg)
0.500
Carga a 2,0 º/s (kg)
0.300
Carga a 3,3 º/s (kg)
Carga a 4,4 º/s (kg)
0.100
-0.100
0
30
60
90
120 150 180 210 240 270 300 330 360
-0.300
(º)
(a)
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
5.4 ENSAIO DE CAPOTAMENTO LATERAL CADEIRINHA 3
A Cadeirinha 3 classificada pela NBR 14400 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
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, 1999. 49p.
2.
ECONOMIC COMISSION EUROPE. ECE R44.03: uniform provisions concerning the approval of
restraining devices for child occupants in power-driven vehicles. United Nations, 2000. 130p.
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. 2010. - 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) 9681 7836
Email: [email protected]
Page 8 of 8