Použití modelů lidského těla v pasivní bezpečnosti motocyklů

Tomasz BOŃKOWSKI

Doctoral thesis

Application of Human Body Models in Motorcycle Passive Safety

Abstract:

This work is focused on the application of the scalable hybrid human body model for the improvement of the motorcyclists' passive safety. The research begins by setting the stage, elucidating the historical context, and articulating the core problem statement. It further delineates the overarching objectives that steer the entire study. The study's multifaceted approach unfolds across various interconnected domains: Accident Statistics: A meticulous examination of accident statistics ensues, featuring a deep dive into prominent databases such as the HURT Report, CARE database, GIDAS, and MAIDS. These statistics furnish invaluable insights into real-world accident scenarios and underscore the urgency of improving motorcyclist safety. Human Surrogate: This section delves into the realm of human surrogate models, encompassing anthropometric testing devices, post-mortem human surrogates, and human body models like HUMOS, THUMS, and GHBMC. The discussion extends to injury metrics, exploring scales such as AIS and ISS, and elucidates injury criteria for different body regions. The Virthuman model takes center stage, its geometric intricacies, structural attributes, scaling methodologies, and advanced capabilities like injury assessment and sliding simulations are comprehensively covered. Notably, this section also unveils vital enhancements to the Virthuman model, targeting specific areas for improvement. Injury Countermeasures Testing: A profound exploration of safety testing standards ensues, encompassing helmet impact testing and motorcycle barrier testing. Advanced numerical simulations are employed to assess the efficacy of various safety measures, with a particular focus on helmet design and barrier effectiveness. The results unearth critical insights into optimizing safety countermeasures, which covers also personal protective equipment. Accident Reconstruction: The research navigates the complex domain of accident reconstruction, unveiling sophisticated methodologies such as numerical modeling of the motorcycle and model simplification techniques. This section highlights the development and validation of models and coupling techniques. It culminates in a presentation of results for selected cases, shedding light on diverse accident scenarios and their nuances. Full-Scale Crash Tests: The study reaches its zenith with an exploration of full-scale crash tests. Here, ISO 13232 configurations take the spotlight, with a detailed examination of kinematics and injury assessments. Of particular interest is the influence of rider stature on accident outcomes, an aspect explored in depth. This comprehensive work, underpinned by meticulous research and analysis, holds profound implications for the realm of motorcyclist passive safety. It promises to not only enrich our understanding of motorcycle accidents but also offer tangible pathways for improving safety measures and reducing injuries and fatalities among motorcyclists. Researchers, safety engineers, and policymakers will find this study to be an invaluable resource in their mission to enhance motorcycle safety.

Abstract:

Tato práce se zaměřuje na aplikaci škálovatelného hybridního modelu lidského těla pro zlepšení pasivní bezpečnosti motocyklistů. Výzkum začíná nastavením scény, objasněním historického kontextu a formulací hlavního problémového výroku. Dále rozvíjí celkové cíle, které řídí celý studijní proces. Multifaktorový přístup studie se odvíjí ve více vzájemně propojených oblastech: Statistiky nehod: Následuje pečlivá analýza statistik nehod, zahrnující důkladný pohled do významných databází, jako jsou HURT Report, databáze CARE, GIDAS a MAIDS. Tyto statistiky poskytují nepostradatelné poznatky o reálných scénářích nehod a zdůrazňují naléhavost zlepšení bezpečnosti motocyklistů. Lidský náhradník: Tato sekce se ponořuje do oblasti modelů lidského náhradníka, zahrnující antropometrické testovací zařízení, náhrady po smrti lidského těla a modely lidského těla, jako jsou HUMOS, THUMS a GHBMC. Diskuse se rozšiřuje na metriky zranění, zkoumá stupnice jako AIS a ISS a objasňuje kritéria zranění pro různé části těla. Model Virthuman zaujímá centrální místo, jeho geometrické nuance, strukturální atributy, metody škálování a pokročilé schopnosti, jako je hodnocení zranění a simulace jednoduchých scénářů, jsou podrobně zpracovány. Tato sekce také odhaluje klíčové vylepšení modelu Virthuman, zaměřující se na konkrétní oblasti pro zlepšení. Testování opatření proti zranění: Následuje hluboký průzkum standardů bezpečnostního testování, zahrnujícího testování přilby oproti nárazu a testování bariér pro motocykly. Pokročilé numerické simulace jsou použity k posouzení účinnosti různých bezpečnostních opatření, s důrazem na návrh přileb a účinnost bariér. Výsledky odhalují klíčové poznatky pro optimalizaci bezpečnostních opatření kterými jsou také osobní ochranní pomůcky. Rekonstrukce nehod: Výzkum naviguje komplexním polem rekonstrukce nehod, odhaluje sofistikované metody, jako je numerické modelování motocyklu a techniky zjednodušení modelu. Tato sekce zdůrazňuje vývoj a ověřování modelů a technik spojování. Kulminuje prezentací výsledků vybraných případů, které přinášejí světlo do různých scénářů nehod a jejich nuancí. Nárazová zkoušky v plném měřítku: Studie dosahuje svého vrcholu průzkumem nárazových zákusek v plném meřítku. Zde přicházejí do popředí konfigurace ISO 13232 s podrobným zkoumáním kinematiky a hodnocení zranění. Zvláštní pozornost je věnována vlivu postavy jezdce na výsledky nehod, což je hlouběji prozkoumáno. Tato komplexní práce, opřená o pečlivý výzkum a analýzu, nese hluboké implikace pro oblast pasivní bezpečnosti motocyklistů. Slibuje nejen obohatit naše porozumění nehodám motocyklů, ale také nabízí konkrétní cesty pro zlepšení bezpečnostních opatření a snížení zranění a úmrtí mezi motocyklisty. Výzkumníci, inženýři pro bezpečnost a tvůrci politiky najdou v této studii neocenitelný zdroj pro svou misi zlepšení bezpečnosti motocyklů.

Keywords

modele lidského těla, pasivní bezpečnost, jednostopá motorová vozidla, opatření proti zranění, osobní ochranné pomůcky, numerické testování, rekonstrukce dopravních nehod, zranitelní účastníci silničního provozu

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 9. 2023

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Doc. Ing. Luděk Hynčík, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Doctoral programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Applied Mechanics