Počítačová simulace zranění chlapce na zadním sedadle osobního vozidla

© 2023 The Author. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0) Abstrakt Příspěvek se zabývá využitím moderních simulačních technik s pomocí sw VPS (Virtual Performance System) a škálovatelným biomechanickým modelem lidského těla Virthuman při řešení silniční nehody s těžkým zraněním chlapce sedícího na dětské sedačce na zadním sedadle. Závěry analýzy naznačují, že chlapec v rozporu s předchozím tvrzením nebyl připoután. Použitý postup rovněž umožnil zpřesnit střetovou rychlost vozidla. Článek byl publikován v rámci sborníku příspěvků XXXI. mezinárodní vědecké konference Soudního inženýrství, Expert Forensic Science (ExFoS), 26.–27. ledna 2023 v Mikulově. Klíčová slova: dopravní nehody, zranění, metoda konečných prvků, Virthuman, biomechanický model člověka. Abstract The paper deals with the use of modern simulation techniques with the help of sw VPS (Virtual Performance System) and the scalable biomechanical model of the human body Virthuman in solving a road accident with a serious injury of a boy sitting in a child seat on the back seat. The conclusions of the analysis indicate that the boy, contrary to the previous statement, was not restrained. The procedure used also made it possible to refine the impact speed of the vehicle. Keyword: trafic accidents, injury, finite element method, Virthuman, biomechanical models of human body. Dodáno do redakce: 1. 3. 2023 Recenzní řízení: od 2. 3. 2023 do 20. 3. 2023 *Korespondenční adresa: petr[email protected] Počítačová simulace zranění chlapce na zadním sedadle osobního vozidla Computer Simulation of Injuries to a Boy in the Back Seat of a Passenger Vehicle Petr Pavlata* Vision Consulting Automotive s.r.o., Praha 2 1. ÚVOD Zásadní informací pro řešení předmětné úlohy je, že v závěrečné fázi nehodového děje vyjelo vozidlo Mazda 626 (dále i mazda) v relativně ostrém oblouku vlevo mimo vozovku, kde šikmo narazilo do nízké betonové zídky plakátové stěny. V této fázi děje 10letý chlapec, sedící na podsedáku na zadním sedadle, utrpěl vážné poranění obličeje. Úkolem znalce bylo posoudit, zda byl chlapec cestující ve vozidle připoután či nikoliv. Na obr. 1 je znázorněno vozidlo mazda v postřetové pozici; technické údaje vozidla jsou uvedeny v tab. 1. Rozměrové schéma předmětného vozidla je na obr. 2. Nejprve bylo třeba stanovit poloměr oblouku a rychlost, kterou se vozidlo mazda mohlo pohybovat bezprostředně před střetem. 2. PŘÍPRAVA MODELU – VSTUPNÍ PARAMETRY 2.1 Stanovení poloměru oblouku a okamžité rychlosti vozidla v okamžiku střetu S využitím plánku policie, orthofotomap Google a několika předchozích znaleckých posudků, byl určen poloměr oblouku předpokládaného předstřetového pohybu vozidla mazda na obr. 3 jako r = 20 m. Z obr. 3 je zároveň zřejmé, že vozidlo mazda mohlo narazit do betonové zídky přibližně pod úhlem 70°, též obr. 4. Pravděpodobný rozsah střetových rychlostí 36–40 km/h odvozený v předchozích znaleckých posudcích se jeví jako technicky přijatelný. Předpokládané odstředivé zrychlení vozidla v okamžiku střetu uvádí tab. 2. DOI: http://dx.doi.org/10.13164/SI.2023.1.8 8 Ročník 34 • 1/2023 Doprava • Transportation www.soudniinzenyrstvi.cz 9 © 2023 The Author. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0) Obr. 1 Vozidlo Mazda 626, r.v. 1997–2002, v postřetové pozici. Fig. 1 Mazda 626 vehicle, year 1997–2002, in post-collision position. Tab. 1 Technické parametry vozidel Mazda 626, r.v. 1997–2002. Tab. 1 Technical data of Mazda 626, year 1997–2002. Tovární značka a typ vozidla: Mazda 626 Druh vozidla: osobní VIN nebo výrobní číslo karoserie / rok výroby: – / 1998–2002 Druh karoserie: kombi Obsah, druh, výkon motoru: – Druh a rozměr pneu prvomontáže: 195/60R15H / 195/60R15V / 205/50R16V Datum prvního uvedení do provozu: – Pohotovostní hmotnost 1295 kg Délka 4660 mm Šířka 1710 mm Výška 1515 mm Rozvor 2670 mm Obr. 2 Rozměrové schéma vozidla Mazda 626, r.v. 1998–2002. Fig. 2 Dimensions of the Mazda 626 vehicle, year 1998–2002. Ročník 34 • 1/2023 Doprava • Transportation 10 © 2023 The Author. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0) Zlomenina mediální stěny očnice (orbitální střední stěny) Z lékařských zpráv vyplývá, že chlapec utrpěl při střetu zranění levé části obličeje, včetně zranění oční bulvy. Zranění lebky chlapce bylo definováno jako porušení kontinuity (zlomenina) mediální mediobazální stěny levé orbity (viz obr. 5). Ač tato kapitola nepatří přímo do odbornosti znalce v oboru analýz silničních dopravních nehod, je nezbytná pro pochopení mechanismu poranění hlavy chlapce cestujícího vozidlem Mazda. Zlomenina mediální stěny očnice je nejčastěji výsledkem tupého poranění periorbitální oblasti. Stav může být důsledkem dopravních nehod, sportovních aktivit, násilí nebo pádů. Tab. 2 Odstředivé zrychlení při jízdě vozidla v oblouku o poloměru 20 m. Tab. 2 Centrifugal acceleration when driving a vehicle in an arc with a radius of 20 m. Rychlost (km/h) Odstředivé zrychlení (m/s2) Kinetická energie (kJ) 24,1 3,3 31,8 45% 100% 30 3,5 49,3 69% 155% 35 4,7 67,1 95% 211% 36 5,0 71,0 100% 222% 40 6,2 87,7 123% 276% Obr. 3 Radius oblouku vozidla Mazda v okamžiku střetu. Fig. 3 The arc radius of the Mazda vehicle at the moment of impact. Obr. 4 Předstřetová poloha vozidla mazda. Fig. 4 Pre-collision position of the Mazda. Obr. 5 Zranění levé části obličeje chlapce. Fig. 5 Injury to the left side of the boy‘s face. Ročník 34 • 1/2023 Doprava • Transportation 11 © 2023 The Author. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0) Obr. 6 Mediální stěna očnice. Fig. 6 Medial wall of the orbit. Obr. 7 Pohled do zadní části vozidla po nehodě, dětský podsedák Babideal. Fig. 7 View of the rear of the vehicle after the accident, Babideal child booster seat. Obr. 8 Dětský podsedák Babideal, foto z internetu. Fig. 8 Babideal children’s booster seat, photo from the Internet. Mediální stěna očnice je se svojí tloušťkou pouhých 0,2–0,4 mm nejtenčí ze 4 orbitálních stěn, a proto je náchylnější ke zlomeninám. Sestává zejména ze slzní kosti (os lacrimale) a kosti čichové (os ethmoidale), viz obr. 6. Zlomenina mediální stěny očnice je již podle definice čistá vnitřní zlomenina, omezená na stěnu očnice bez postižení jejího okraje. Byly navrženy dvě teorie, které vysvětlují, jak k těmto zlomeninám dochází. Jsou to hydraulické nebo vzpěrné mechanismy, přičemž se s největší pravděpodobností jedná ve většině případů o kombinaci těchto dvou mechanismů. Hydraulická hypotéza uvádí, že orbitální dno (spodinu) a/nebo mediální orbitální stěna prasknou, pokud dojde ke zvýšení orbitálního tlaku s vnějším dopadem, který vede ke zvýšenému orbitálnímu tlaku vedoucímu ke zlomenině. Boční stěna a strop jsou obvykle dostatečně silné, aby vydržely takové trauma. Teorie vybočení (vzpěrné mechanismy) uvádí, že síla působící na orbitální okraj přenesla sílu na slabší orbitální dno nebo mediální stěnu, což způsobí zlomeninu. 2.2 Dětský podsedák (booster) Dle výpovědi řidiče vozidla mazda byl chlapec v době nehody usazen v zadní části vozidla mazda usazen na dětském podsedáku značky Babideal, čínské výroby, konstruovaném pro hmotnost dítěte 15 až 36 kg, obr. 7. Detailní pohled na podsedák je na obr. 8. 2.3 Kritérium poranění hlavy (HIC) Kritérium poranění hlavy (HIC – Head Injury Criterion) je mírou pravděpodobnosti poranění hlavy v důsledku nárazu. HIC lze použít k posouzení bezpečnosti týkající se vozidel, osobních ochranných pomůcek a sportovního vybavení. Obvykle se proměnná odvozuje z měření akcelerometru namontovaného v těžišti hlavy figuríny pro nárazové zkoušky, když je figurína při laboratorních nárazových zkouškách vystavena silám nárazu. Jako doplněk mechanického Ročník 34 • 1/2023 Doprava • Transportation 12 © 2023 The Author. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0) testování je využívána již téměř 40 let rovněž virtuální analýza s podporou matematických počítačových modelů, která zejména v posledních dvou dekádách nabývá na značném významu a ve fázi vývoje nových vozů se stává téměř dominantním nástrojem. Jedním z takových nástrojů používaných k simulaci dynamického pohybu cestujících jsou modely ARB (Articulated Rigid Body – mechanické systémy tuhých těles s klouby), umožňující výpočetně určit kritérium poranění hlavy (HIC) a další biomechanické veličiny, viz např. škálovatelný biomechanický model člověka Virthuman (obr. 10). ARB tak poskytuje užitečný nástroj, který pomáhá porozumět reakcím cestujících v různých prostředích (dopravní prostředky – kromě silničních vozidel jsou využívána rovněž pro tramvaje, železniční vozidla a letadla). ARB jsou aktuálně využívány nejen ve výzkumu a vývoji prvků pasivní bezpečnosti vozidel jako nástroj napomáhající pochopení kinematiky cestujících, ale rovněž ve forenzní technice a při rekonstrukci dopravních nehod. HIC je definován jako: ( ) ( ) ( ) 2 1 2,5 21 21 1d max t t HIC t t a t t tt        =−    −       ∫, (1) kde t1 a t2 jsou počáteční a konečné časy (v sekundách) zvolené pro maximalizaci HIC a zrychlení a(t) se měří v g (standardní tíhové zrychlení). Doba trvání t2 – t1 je omezena maximální hodnotou 36 ms, či obvyklejší 15 ms. To znamená, že HIC zahrnuje účinky zrychlení hlavy a dobu trvání zrychlení. Vysoké hodnoty zrychlení mohou být tolerovány po velmi krátkou dobu. Z grafu na obr. 9 je zobrazena závislost pravděpodobnosti poranění hlavy pro HIC a AIS (Abbreviated Injury Scale – stupnice závažnosti zranění používaná v medicíně od roku 1969 pro souhrnný popis poranění jednotlivých částí těla na stupnici 0–6, kde 0 je bez zranění a 6 je zranění fatální), publikovaná např. v pracích Schmitta [26]. Při HIC 1000 je pro průměrného dospělého 18 % pravděpodobnost těžkého poranění hlavy, 55% pravděpodobnost vážného poranění a 90 % pravděpodobnost středně těžkého poranění hlavy. HIC se používá ke stanovení hvězdičkového hodnocení bezpečnosti automobilů podle metodiky amerického Národního úřadu pro bezpečnost silničního provozu (NHTSA) a ke stanovení hodnocení, které uděluje Insurance Institute for Highway Safety (IIHS). Některé automobilové předpisy (např. FMVSS 208) a s nimi související odborné studie doporučují jako limitní hodnotu pro úspěšný výsledek testu HIC 700, u malých dětí pak HIC 390–570, viz tab. 3. Obecně lze tvrdit, že poranění hlavy při nehodě může nastat, pokud se hlava dostane do kontaktu s některou z různých struktur vozidla, mezi něž patří zejména místa na sedadle, jako je opěradlo sedadla, loketní opěrka, stolek nebo jakékoli vybavení namontované na sedadle. Hlava se také může dotknout blízkých struktur jako je Obr. 9 Závislost pravděpodobnosti poranění hlavy dle HIC a AIS, Schmitt. Fig. 9 Graph of the probability of head injury according to HIC and AIS, Schmitt. Obr. 10 Příklad vygenerovaných jedinců Virthuman s různými tělesnými parametry. Fig. 10 Example of generated Virthuman individuals with different body parameters. Tab. 3 Limitní hodnoty HIC dle revidovaného standardu FMVSS 208. Tab. 3 HIC limit values according to the revised FMVSS 208 standard. Typ figuríny 95% HIII*50% HIII 5% HIII Dítě 6 let Dítě 3 roky Batole 1 rok Limit HIC 15 700 700 700 700 570 390 * 95% HIII není zahrnut v konečné verzi, avšak limitní hodnota je zde uvedena z informačních důvodů. Ročník 34 • 1/2023 Doprava • Transportation 13 © 2023 The Author. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0) přepážka, přístrojová deska, sluneční clona a pod. Kontakt s tvrdým povrchem může způsobit zlomeniny lebky a různé typy poranění mozku. Poranění mozku je také možné i bez kontaktu s hlavou, pokud jsou setrvačné síly dostatečně vysoké. Zatímco vážné poranění hlavy je bezprostřední hrozbou pro život. Kritérium poranění hlavy (HIC) se používá k hodnocení rizika poranění hlavy a vypočítává se podle rovnice (1). Je rovněž třeba si uvědomit, že při dopravních nehodách dochází obecně ke třem po sobě jdoucím kontaktům: 1. „První kontakt“ je ten, kdy např. vozidlo narazí do jiného vozidla nebo předmětu, následkem čehož je vozidlo rychle zpomaleno a/nebo natočeno. 2. „Druhý kontakt“, způsobený vlivem setrvačného pohybu cestujícího ve vozidle vozidla a jeho následný kontakt s některou z částí interiéru vozidla. 3. „Třetí kontakt“ je vyvolaný vlivem setrvačných účinků vnitřních orgánů cestující, tedy např. pohyb mozku uvnitř lebeční dutiny a jeho náraz na tuhou část skeletu lebky (otřes mozku). 2.4 Virthuman Virthuman je škálovatelný biomechanický model lidského těla hybridního typu (ARB s řadou deformovatelných elementů), který na statistickém základě umožňuje vygenerovat model člověka s tělesnými parametry v rozsahu výšek 105 – 195 cm, hmotností 10 až 150 kg, obr. 10. Model dokáže dále zohlednit např. i pohlaví jedince a věk 6 až 75 let. Virthuman byl vyvinut v roce 2014 společností ESI Group ve spolupráci se Západočeskou universitou v Plzni a je k dispozici v prostředí Virtual Environment od verze. VE 10.5. Model je plně validován pomocí celosvětově uznávaných metodik (např. hlava a HIC je validována podle metodiky Yoganandana, kdy kulový impaktor hmotnosti 1.213 kg naráží na hlavu rychlostí 7.1 m/s, přičemž je sledována odezva kontaktní síla vs. deflekce hlavy; validace byla podrobně popsána např. v článku časopisu SAE Technical Paper autory Janem Vychytilem a kol. – „Scalable Multi-Purpose Virtual Human Model for Future Safety Assessment“ pod č. 2014-01-0534) a je používán zejména v automobilovém průmyslu. Model je bez výhrad recenzován a uznáván světovými experty na virtuální biomechaniku. Po vzoru komerčního hodnocení bezpečnosti vozidel pomocí hvězdiček a barevné škály možných poranění při standardizovaných testech, viz např. https://www.euroncap.com, umožňuje Virthuman podobným způsobem ohodnotit celou škálu výsledků biomechanické zátěže, dosažených v jednotlivých částech těla sledované osoby, viz stupnice na obr. 11, kdy limitní hodnota (např. pro hlavu HIC=1000) je znázorněna oranžovou barvou; nadlimitní hodnoty (HIC>1000) jsou pak již v barvě červené: 2.5 Vymezení výšky a váhy chlapce Chlapec dovršil v době DN právě 10 let. Vzhledem k nedostatku jiných údajů byla výška a hmotnost chlapce použitá jako vstupní hodnota k počítačové simulaci stanovena jako průměrná hodnota z referenčních údajů Státního zdravotního ústavu ČR a dalších obdobných podkladů ze SR. Výška chlapce byla takto stanovena jako 144 cm, hmotnost 39 kg, viz obr. 12 a obr. 13. 2.6 Výpočetní modely Zjištění technicky možného průběhu nehodového děje v okamžiku střetu vozidla mazda s betonovou zídkou a určení technicky možné biomechanické zátěže chlapce sedícím na zadním sedadle vozidla bylo výpočtově realizováno s podporou software VPS (Virtual Performance Sytem) společnosti ESI Group. S podporou tohoto výpočtově – simulačního sofware je možno danou problematiku řešit s využitím nelineárního explicitního numerického řešiče nelineární dynamiky PAM Crash metodou konečných prvků (FE = Finite Elements), s elasticko-plastickými materiálovými modely. Tento Obr. 11 Barevná stupnice biomechanického zatížení částí těla Virthuman. Fig. 11 Color scale of biomechanical load of Virthuman body parts. Obr. 12 Statisticky určená výška a hmotnost 10letého chlapce. Fig. 12 Statistically determined height and weight of a 10-year-old boy. Ročník 34 • 1/2023 Doprava • Transportation 14 © 2023 The Author. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0) software pracující s deformovatenými modely analyzovaných subjektů je využíván ve většině světových automobilek při vývoji nových vozidel, s cílem jednak splnit legislativní požadavky v oblasti pasivní bezpečnosti vozidla podle metodik nejrůznějších standardů (např. EHK či EuroNCAP) a jednak tyto požadavky dále překročit a zvýšit tak bezpečnost účastníků silničního provozu v případě dopravní nehody. Použité modely jsou pro tyto účely plně validovány. Jako model 10letého chlapce byl použit škálovatelný antropomorfní model člověka typu Virthuman MBS v2.1work6, o výšce 144 cm a hmotnosti 39 kg, obr. 14. Havarované vozidlo Mazda 626 bylo typu kombi, přičemž hybridní FE model vozidla Mazda 626 byl vytvořen na bázi dostupného CAD modelu vozidla Mazda 626 GF sedan, obr. 15, r.v. 1997–2002 s deformovatelnou přední částí vozidla (přední nárazník, spoiler, kapota, PP blatník, PP světlomet) a hlavovou opěrkou řidiče. Zde je třeba poznamenat, že obě varianty vozidla Mazda 626 mají konstrukčně shodnou jak přední části vozu, tak i interiér, a liší se pouze tvarem zadní části a rozdílnou hmotností. Obr. 13 Růstový graf chlapců 2 až 20 let, WHO. Fig. 13 Growth chart of boys 2 to 20 years old, WHO. ¶ Obr. 14 Model chlapce, 10 let. Fig. 14 Average 10-years-old boy model. Ročník 34 • 1/2023 Doprava • Transportation 15 © 2023 The Author. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0) Tab. 5 Parametry modelu vozidla Mazda 626 GF. Tab. 5 Model parameters of Mazda 626 GF. Model vozidla Mazda 626 Počet prvků 526 738 Počet uzlů 453 671 Materiálový model Krupkowsky elasticko-plastický Rozměry a hmotnosti viz kap. 3.5 Obr. 15 Model vozidla Mazda 626 GF (1997–2002). Fig. 15 Mazda 626 GF year 1997–2002 vehicle model. Obr. 16 Interiér vozidla Mazda 626 (1997–2002) s modelem chlapce na podsedáku. Fig. 16 Interior of a Mazda 626, year 1997–2002, with a modelof boy on the booster. Tab. 4 Parametry modelu 10letého chlapce. Tab. 4 Model parameters of a 10-year-old boy. Model figuríny Virthuman MBS v1.2work6 věk 10 pohlaví muž výška 144 hmotnost 39 percentil 56 počet prvků 9 534 počet uzlů 10 043 Použitý model vozidla varianty sedan byl proto pro simulaci dovážen na pohotovostní hmotnost odpovídající variantě kombi, viz obr. 2, plus hmotnost řidiče asi 80 kg a chlapce v oblečení 40 kg, tedy na 1420 kg. Obr. 17 Deformace modelu a natočení vozidla mazda při rychlostech 30–35–40 km/h. Fig. 17 Deformation of the model and rotation of the Mazda at speeds of 30–35–40 kph. Na obr. 16 je pohled do interiéru vozidla s modelem 10letého chlapce usazeným na dětském podsedáku, jehož model byl pro účely simulace rovněž vytvořen. Ročník 34 • 1/2023 Doprava • Transportation 16 © 2023 The Author. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0) 2.7 Použitý výpočetní software K prováděným výpočtům byl použit následující software: ● preprocessor ANSA a postprocessor META od společnosti BETA CAE Systems S.A., ● explicitní numerický řešič PAM-Crash společnosti ESI Group, verze 2019. Tento software je validován a certifikován pro vývojové práce v automobilovém průmyslu. 3. SIMULACE POHYBU CHLAPCE V INTERIÉRU VOZIDLA Na obr. 4 je znázorněna předpokládaná předstřetová poloha vozidla mazda, která vychází z analýz provedených v předchozích posudcích. Poloměr levotočivého oblouku, ve kterém se vozidlo mazda pohybovalo, byl dle obr. 3 odhadnut na úrovni 20 m. V této kapitole jsou prezentovány provedené počítačové simulace v rozsahu střetových rychlostí 30 až 40 km/h, který se pro dané poškození vozidla jeví jako technicky přijatelný. Odstředivé zrychlení (3.5–6.2 m.s–2) vozidla mazda při jízdě v oblouku o radiusu 20 m je patrné z tab. 2, stejně jako kinetická energie v okamžiku předpokládaného nárazu cca 50–90 kJ. Je zřejmé, že vezmeme-li jako 100 % kinetickou energii při střetové rychlosti 36 km/h (10 m/s), potom je kinetická energie při nárazové rychlosti 30 km/h přibližně o třetinu nižší a při rychlosti 40 km/h pak o přibližně o čtvrtinu vyšší, rovněž viz tab. 2. Vzhledem k faktu, že při šikmém nárazu vozidla pod úhlem cca 70° „zafungovaly“ zejména deformační zóny (absorbéry čelního nárazu) na levé straně vozidla, lze předpokládat, že levá přední část vozidla byla deformována až k prostoru motoru. Je proto zřejmé, že při střetové rychlosti 40 km/h by bylo třeba absorbovat téměř dvojnásobek energie oproti střetu při rychlosti 30 km/h. Rovněž zpomalení vozidla, setrvačné účinky a biomechanická zátěž osob cestujících ve vozidle by proto byly významně vyšší. Obr. 18 Sekvence pohybu chlapce při střetové rychlosti 36 km/h, varianta 1A. Fig. 18 Sequence of the boy movement at a collision speed of 36 kph, variant 1A. Ročník 34 • 1/2023 Doprava • Transportation 23 © 2023 The Author. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0) Obr. 28 Kontakt hlavy chlapce a hlavovou opěrkou řidiče, varianta 3B, rychlost 36 km/h, čas cca 140 ms, pohled do interiéru zpředu. Fig. 28 Contact of the boy’s head and the driver’s headrest, variant 3B, speed 36 kph, time approx. 140 ms. Obr. 29 Kontakt hlavy chlapce a hlavovou opěrkou řidiče, varianta 3B, rychlost 36 km/h, čas cca 120 ms, boční pohled. Fig. 29 Contact of the boy’s head and the driver’s headrest, variant 3B, speed 36 kph, time approx. 120 ms. Některé z variant byly výpočtově modelovány při více zvolených nárazových rychlostech z rozsahu 30 až 40 km/h. Varianta 1 tak byla modelována při dvou rychlostech 36 a 40 km/h jako 1A a 1B, varianta 3 pak ve třech rychlostech – 30, 36 a 40 km/h jako 3A, 3B a 3C. V průběhu impaktního děje byla sledována jednak trajektorie pohybu těla a hlavy modelu chlapce a zároveň, přičemž bylo zároveň vyhodnoceno i kritérium poranění hlavy HIC (head injury criterium). Publikace světově uznávaných autorů o biomechanice hlavy osob cestujících ve vozidlech udávají statistickou pravděpodobnost závažnosti zranění hlavy na základě tohoto kritéria HIC. Zároveň shodně konstatují, že nad úrovní HIC = 3000 dochází prakticky ve všech případech ke zraněním neslučitelným se životem. Výpočtově zvolená rychlost 30 km/h byla již dříve vyloučena jako příliš nízká, „negenerující“ potřebných rozsah deformací přední části vozidla mazda. Přesto byla na doplnění výsledků a z důvodu umožnění lepší představy řešena i varianta 3A při výpočtově zvolené rychlosti 30 km/h. Na základě výsledků provedených simulací lze vyvodit následující závěry: U chlapce sedícího na dětském podsedáku řádně připoutaného bezpečnostním pásem, varianta 1, lze konstatovat, že v průběhu pohybu jeho těla vyvolaného šikmým čelním nárazem vozidla do tuhé betonové zídky začnou správně fungovat bezpečnostní pásy, které zadrží pohyb trupu chlapce, na rozdíl od hlavy, která má tendenci pokračovat v pohybu, přičemž dochází k nadměrné flexi (ohýbání) krku. Zatímco hlava tak zůstává po celou dobu děje dle stupnice v barvě zelené (HIC = 202 při rychlosti 36 km/h, HIC = 290 při rychlosti 40 km/h), tedy bez zranění, nelze vyloučit lehké zranění krku, resp. krční páteře či vazů. Varianta 2, náraz při rychlosti 36 km/h, kdy chlapec sedí na zadním sedadle mimo podsedák přibližně ve středové pozici mezi předními sedadly a není připoután – chlapec tak má dobrý výhled před vozidlo. Náraz by vrhl tělo chlapce vpřed s proniknutím hlavy mezerou mezi předními sedadly s pravděpodobným nárazem Ročník 34 • 1/2023 Doprava • Transportation 24 © 2023 The Author. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0) rychlosti 40 km/h. Vzhledem k faktu, že u varianty 3C leží HIC vysoko nad hodnotou 3000, a chlapec nehodu přežil, lze rychlost 40 km/h hodnotit jako již nepřiměřeně vysokou. Podrobné srovnání výsledků získaných u všech provedených analýz je v tab.6 Vzhledem k trajektorii hlavy chlapce a kontaktu hlavy se zadní stranou hlavové opěrky řidiče, viz např. obrazová sekvence na obr. 30, by s využitím obou v článku uvedených hypotéz bylo možno velmi dobře objasnit mechanismus zranění chlapce (zlomenina mediální stěny očnice, obr. 6) z pohledu znalce z oboru zdravotnictví. Obr. 30 Průběh kontaktu hlavy chlapce s hlavovou opěrkou řidiče, varianta 3B, rychlost 36 km/h, čas 120–130–140 ms, detail. Fig. 30 Course of contact of the boy’s head with the driver’s headrest, variant 3B, speed 36 kph, time 120–130–140 ms. Obr. 31 Závěrečná fáze kontaktu hlavy chlapce s hlavovou opěrkou řidiče, varianta 3B, rychlost 36 km/h, čas cca 150 ms, detail. Fig. 31 The final phase of contact of the boy’s head with the driver’s headrest, variant 3B, speed 36 kph, time approx. 150 ms, detail. Tab. 6 Přehled dosažených výsledků. Tab. Overview of achieved results. Varianta Rychlost střetu (km/h) HIC Výsledek VAR 1A 36 202 vyhovující VAR 1B 40 290 vyhovující VAR 2 36 1980 velmi vážné zranění VAR 3A 30 1173 vážné zranění VAR 3B 36 2457 velmi vážné zranění VAR 3C 40 9609 neslučitelné se životem levé strany obličeje na boční hranu sedadla řidiče, a to v čase mezi 170 a 180 ms od počátečního kontaktu přídě vozidla s betonovou zídkou. HIC zde dosahuje dvojnásobku limitní hodnoty, dle grafu na obr. 9 lze očekávat velmi vážné poranění hlavy s cca 20% pravděpodobností fatálního následku. U varianty 3 (chlapec sedící nepřipoutaný na dětském podsedáku), kde byly řešeny 3 nárazové rychlosti (30, 36 a 40 km/h) by ve všech případech byla hlava chlapce vržena proti hlavové opěrce řidiče a to s narůstající intenzitou. HIC by ve všech třech případech dosahovalo objektivně nadlimitních hodnot (HIC > 1000), viz kap. 2.3 – konkrétně HIC = 1170 při rychlosti 30 km/h, HIC = 2460 při rychlosti 36 km/h a HIC = 9600 při Na základě provedené analýzy se jako nejpravděpodobnější jeví náraz vozidla do betonové zídky při rychlosti 36 km/h (varianta 3C), kdy chlapec sedí nepřipoutaný na dětském podsedáku. Je třeba rovněž zmínit, že dle pravidelných průzkumů populace činila v roce 2011 průměrná hmotnost 10letých chlapců v Čechách a na Slovensku 39 kg. Použitý podsedák zn. Babideal čínského výrobce je vhodný pro použití do hmotnosti 36 kg. Chlapec by tak správně měl použít podsedák konstruovaný pro vyšší zatížení než udávaných 15–36 kg (obr. 8). Tato informace však nemá žádný vliv na již provedené závěry. Ročník 34 • 1/2023 Doprava • Transportation Správná citace: PAVLATA, P. Počítačová simulace zranění chlapce na zadním sedadle osobního vozidla. Soudní inženýrství, 2023, 34(1), 8–24. DOI: http://dx.doi.org/10.13164/SI.2023.1.8. ISSN 1211-443X.