Design and development of side underrun protection devices

Abstract

Yerden yüksekliği fazla olan taşıtlarla gerçekleşen kazalarda korumasız karayolu kullanıcıları tekerler arasındaki boşluğa düşüp araç altında ezilebilir ve ölümcül yaralanmalar olabilir. Kamyon ve treyler yan koruyucuları; bu boşlukları kapatarak korumasız karayolu kullanıcılarını yan çarpma sonucu kamyonun tekerlekleri tarafından ezilmesini önlemek için tasarlanmıştır. Bu çalışmanın amacı, yan koruyucularla ilgili mevcut literatürü ve uygulamaları gözden geçirilmesi; yeni yan koruyucu dizayn önerisi ile kamyon ve çekicileri daha güvenli bir hale getirmektir. Fabrika çıkışlı olarak, üst yapıcı tarafından ya da diğer üreticiler tarafından sonradan araca takılabilir. Araştırma süresince incelenen yan koruyucuların kazalarda ölüm ve yaralanmaları büyük oranda azalttığı ve bu sebeple yan koruyucalrın bahsi geçen araçlar için bir ihtiyaç olduğunu ortaya konmuştur. Mekanik dizayn iyileştirmeleri ile araç altına sıkışma ve sürüklenme sonucu sonucu yaralanma ve ölümler azaltılabilir. Kazaların olmasında diğer büyük sebep is görünürlük. Kamyon ve çekicilerin yer aldığı yandan çarpışma kazalarının büyük bir kısmı düşük hızla (30km/h altında) gerçekleşmektedir. Bu araçların tali yoldan ana yola çıkarken yetersiz aydınlatma sonucu görünmemesi, dönüş esnasında kör noktada kalan diğer karayolu kullanıcılarının farkedilmemesi ve yan reflektörlerden gelen ışınların yandan gelen araç taradından geç farkedilmesi yan çarpışmalara sebebiyet vermektedir. Avrupa Birliği ülkeleri başta olmak üzere birçok ülkede yan koruyucular yasal zorunluluktur. Avusturalya, Amerika, Kanada gibi ülkelerde yasal bir zorunluluk olmamasına rağmen; bu konuda aktif çalışmalar ve öneri niteliğinde düzenlemeler mevcuttur. Türkiye'de ise Avrupa Birliği'nde kabul edilen kanunlar (ECE R73) geçerlidir. Yan koruyucuların kaza güvenliğinin yanında, tasarımından ötürü diğer faydaları vardır. Düz yüzeyli yan korumaları, hava sürtünme katsayısı düşürür. Özellikle yüksek hızlarda ciddi yakıt tasarrufu sağladığı araştırmalar tarafından ispatlanmıştır. Yakıt tüketimini düşürmesi sonucu egzoz gazlarının salınıma da olumlu etki yapar. Bu sebeplerle çevre kirliliğnin azaltılmasında katkısı vardır. Görsel etkiler de düşünülerek araca entegre yan tasarımları önem kazanmıştır. Bunun yanı sensörler kullanılarak, sürücünün görüş mesafesi dışında ( kör nokta) yaklaşan cisimler için uyarı sistemleri de dizayna eklenmiştir. Genellikle radar sensörler kullanılan bu sistemler cisimleri algılayarak sürücüye sesli/görsel uyarı yapar. Ön ve arka korumaların aksine, mevcut yan korumalar, sadece korumasız karayolu kullanıcılarını korumak için kullanılmaktadır. Bu yüzden homologasyon testlerinde 1-2 kN'luk yüke dayanım yeterlidir. Tez çalışmasında, araba çarpışmasına da dayanabilecek bir yan koruma dizaynları NX'de yapıldı. Ağırlık optimizasyonu için doğadan esinlenerek tasarlanan bal petek yapısı kullanıldı. Bu yapının Ön ve arka korumlar için uygulanan test yükü 100kN uygulanarak sonlu elemanlar analizi ile Ansys programında test edildi. İzin verilen deformason limitleri arasında kalacak şekilde dizaynda ağırlık optimizasyonu uygulandı. Alternatif malzemelerle aynı test koşulları için tekrar sonlu elemanlar metodu ile analizler yapıldı. Analiz sonuçları karşılaştırmaları ile optimum çözüm bulunmya çalışıldı. Görünürlük sebebiyle meydana gelen yan çarpışmlar incelendi. Yetersiz aydınlatma ve göz refleksleri nedeniyle geç farkedilmenin, çarpışmlarardaki en önemli etken olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenlerle meydana gelen kazaları önlemek için görünürlük iyileştirme dizayn önerisi sunuldu. Yan koruyucuların üzerine entegre olacak öneri dizaynda, yan işaret lambaları sensörlerle donatılmış olacak. Sensörler yaklaşan aracın aydınlatmasını (ön farları) algılar, yan işaret lambaları yanıp sönerek farkedilirliği arttırır. Normalde farklı ışığı algılamak için 0,5 saniyeye ihtiyacı olan insan gözü parlak yanıp sönen işaret lambalarını algılayabilecektir. Bu sayede dönüşlerde kamyon ve treyler farkedilip yaklaşan araç da buna göre önlemlerini alabilecektir.

The aim of this study is to review the existing literature and applications in side under-run protection devices and to submit new design propsals. Every year, thousands of people are killed or injured by the crashes when heavy trucks are involved in. To prevent this problem, front and rear under-run protection devices are a requirement of law for heavy vehicles in many regions of the world and lateral under-run devices are also defined by most regions. This study starts with a review of literature on frontal, rear and side under-run accidents and statistics and continues with regulations in major world regions. The study points out that staying within the limits mandated by laws under-run protection design has significant effect on damage to vulnerable road users on potential crashes and the potential for creating economic efficiency through these devices are also of value for the future. The current side under run protection device designs are reviewed and explained in detail. The advantages and disadvantages of them are compared. Besides safety factors, economy and environment friendly effects of side underrun protections are explained by several research results. Finally, it is given the insights about the future direction of under-run protection design and what business implications are there for the industry in the future. The new honeycomb structure side under-run protection is designed in NX and tested under the loads by using finite element method in Ansys. According to the allowed deformation, weight optimization is applied on the design. Alternatively, other material and it's design is tested under the same loads. After that, the results are compared with each other to find out an optimum design for manufacturer. In addition to mechanical improvement, weak points to improve on the visibility issues are investigated and integrated side marking system design was put forward, which can sense the approaching road users and warn the driver.