Măsurarea vibrațiilor la motociclete

Dacă mergeți pe motocicletă pentru o perioadă lungă de timp, s-ar putea să observați că vibrațiile motorului provoacă amorțeala mâinilor – sau sindromul degetelor albe – și alte senzații fizice neplăcute. Nivelurile de vibrații pot avea un impact negativ asupra sănătății și asupra reacțiilor unui motociclist, contribuind la producerea de accidente.

 

Vibrațiile excesive ale ghidonului unei motociclete pot face ca deplasarea să fie inconfortabilă și chiar nesigură. Majoritatea motocicliștilor observă la un moment dat acest tip de vibrații și acuză amorțeala mâinilor – si asta  nu este o veste bună atunci când ai nevoie de mâini pentru a controla aproape toate comenzile unei motociclete! De fapt, motocicliștii sunt expuși atât la vibrații la nivelul întregului corp, cât și la vibrații la nivelul mâinilor și brațelor.

Magnitudinea expunerii la vibrații depinde de mai mulți factori, de exemplu, viteza de deplasare, turația motorului, tipul de anvelope și presiunea acestora, precum și condițiile de drum. Depinde, de asemenea, de modul în care vă așezați pe motocicletă și țineți ghidonul. Vibrațiile transmise prin ghidon și prin suporturile pentru picioare par să cauzeze cele mai multe probleme.

Prof. Adamek (dreapta) și Ing. Marcus Schröter (stânga) pregătesc instalația de măsurare.

 

O directivă a UE prevede limite pentru vibrațiile resimțite de persoanele care conduc motociclete în cadrul profesiei lor. Aceste valori pot fi utilizate, de asemenea, ca îndrumar pentru deplasările care nu au legătură cu munca. Directiva precizează că depășirea acestor limite pe o perioadă îndelungată poate afecta negativ sănătatea, ducând, de exemplu, la tulburări vasculare sau  musculare. În plus, performanța generală poate fi influențată, crescând riscul de accidente.

 

Măsurare pe 2500 km cu 27 de motociclete

Profesorul Adamek de la Universitatea de Științe Aplicate Osnabrück, Campus Lingen din Germania, a acceptat provocarea de a determina expunerea la vibrații a motocicliștilor și a publicat recent un proiect de cercetare impresionant. Vibrațiile au fost măsurate pe o distanță totală de 2.500 km, parcurși pe 27 de motociclete, cu 23 de șoferi diferiți.

”Motocicliștii sunt expuși la vibrații excesive și mulți dintre ei raportează efecte asupra corpului lor. Cu toate acestea, majoritatea nu percep aceste vibrații ca fiind deranjate… (Profesorul Adamek)

Cercetarea a analizat persoanele care merg pe motocicletă ca profesie (folosind motociclete ale poliției și motociclete de asistență) și pentru uz privat. Scopul a fost acela de a cuantifica expunerea la vibrații în timpul mersului și de a dezvolta ordinul de mărime al acestei expuneri în funcție de tipurile de motociclete pentru diferiți motocicliști.

În trecut, o serie de studii au analizat vibrațiile și motocicletele, dar niciunul dintre acestea nu a luat în considerare trei surse de vibrații împreună: ghidonul, suporturile pentru picioare și scaunul.

Evaluare subiectivă – ce simțiți?

Pentru început, 217 persoane (6% femei și 94% bărbați) au răspuns la un chestionar privind experiențele lor legate de vibrațiile provocate de motociclete.

În general, oamenii au raportat că vibrațiile au fost deosebit de vizibile atunci când conduceau pe autostradă.

 

Rezultatele indică:

• 83% dintre motocicliști au resimțit unele efecte fizice legate de vibrațiile motocicletei
• 12% dintre motocicliști au avut probleme de circulație
• Aproximativ 2/3 dintre motocicliști au declarat că vibrațiile nu au fost deloc (sau doar puțin) problematice, în ciuda faptului că au raportat efecte fizice.

 

Colectarea datelor în timpul mersului

Toate determinările, pentru partea de evaluare a condusului din cadrul studiului, au fost colectate cu ajutorul unui înregistrator autonom (Brüel & Kjaer LAN-XI NOTAR) și a  accelerometrelor triaxiale Brüel & Kjaer montate pe ambele mânere, pe ambele suporturi pentru picioare și pe scaun. În plus, viteza a fost înregistrată cu ajutorul tehnologiei GPS.

Deoarece suporturile pentru picioare au un design foarte diferit, măsurătorile au fost efectuate pe pedale sau platforme, care aveau forme diferite, în funcție de modelul de motocicletă. Au fost utilizate diferite tipuri de accelerometre, în funcție de faptul că suportul pentru picioare avea o suprafață de cauciuc, iar montarea s-a făcut cu sau fără adaptor. Într-un caz, s-a folosit un adaptor cu magnet. Analiza datelor a fost efectuată cu ajutorul programului PULSE Reflex™ de la Brüel & Kjaer.

Analiza cu PULSE Reflex™: Date de timp cu semnale de accelerație și profil de viteză în stânga și lanțul de proces cu o parte din tabelul de rezultate în dreapta.

Testarea diferitelor condiții

Fiecare motocicletă a parcurs aproximativ 40 km cu înregistrarea datelor în curs de desfășurare. În total, au fost parcurși 2 500 km cu 27 de motociclete. Datele privind vibrațiile au fost măsurate pe o perioadă de 5 până la 10 minute pentru fiecare dintre următoarele condiții diferite:

• La o viteză constantă de 50 km/h
• La o viteză constantă de 90 km/h
• La o viteză constantă de 130 km/h
• Conducerea pe un drum de țară șerpuit cu viteză, accelerație și frânare variabile

 

Suprafața drumului a fost considerată “bună” pe traseele de conducere cu viteză constantă și “bună spre medie” pe drumul de țară.

 

Evaluare

Vibrațiile de la ghidon au fost filtrate (intervalul de frecvențe 6,3 – 1250 Hz) și apoi vibrațiile celor trei direcții de translație măsurate (x, y și z) au fost combinate pentru a forma o valoare totală. Valoarea totală a fost ponderata  conform standardului care evaluează sensibilitatea sistemului mână-braț la diferite frecvențe. Valoarea totală a vibrațiilor evaluată în funcție de frecvență a fost apoi utilizată pentru evaluare.

Pentru vibrațiile întregului corp (la nivelul suporturilor pentru picioare și al scaunului), filtrarea a fost efectuată în intervalul de frecvență de la 0,8 la 80 Hz. A fost apoi evaluată direcția de oscilație (x, y sau z) cu cea mai mare valoare. În cazul oscilațiilor motocicletelor, direcția z (perpendiculară pe suprafața drumului) este întotdeauna cea care are cea mai mare valoare de oscilație, astfel încât doar aceasta a fost utilizată în evaluări.

 

Influențe individuale ale motociclistului

Pentru un anumit model de motocicletă, pilotul poate influența în mod semnificativ expunerea reală la vibrații prin modul în care conduce.

Pentru a determina influența, au fost efectuate măsurători cu trei conducători diferiți (Conducătorul 1: 183 cm, 95 kg; Conducătorul 2: 177 cm, 67 kg; Conducătorul 3: 183 cm, 70 kg) în aceeași zi, pe aceeași motocicletă (BMW F800GS, 2012) și pe același traseu de testare. Toți senzorii au rămas montați între deplasările de testare, pentru a exclude variațiile legate de montare.

Pentru a asigura reproductibilitatea măsurătorilor, accelerometrele au fost montate cu curele de cablu și un instrument pentru a strânge curelele cu aceeași forță.

 

S-a constatat că diferențele dintre piloți pot fi atribuite stilurilor de conducere diferite (alegerea vitezei, poziția accelerației și decelerarea), alegerea “trasei” (care are ca rezultat contactul cu suprafața diferită a drumului) și poziția în scaun (aderență și auto-stabilizare diferite). Studiul indică faptul că fiecare conducător auto are literalmente “în mâinile sale” posibilitatea de a influența magnitudinea expunerii la vibrații (pentru o anumită motocicletă).

Măsurătorile indică, de asemenea, că vibrațiile depind de vechimea vehiculului (cele mai vechi produc vibrații mai puternice decât cele mai noi) și de numărul de cilindri (de exemplu, vibrațiile motoarelor cu un singur cilindru le depășesc pe cele cu patru cilindri). În schimb, greutatea șoferului și experiența acestuia par să aibă o importanță redusă sau chiar nulă.

 

Depășirea limitelor de expunere la vibrații

În acest studiu, limitele de expunere prevăzute de Directiva UE au fost atinse și, în unele cazuri, clar depășite* (în ceea ce privește un timp de expunere de 8 ore pe zi, a se vedea caseta “Directiva UE”).

Toate măsurătorile indică o variație semnificativă în funcție de modelul de motocicletă. În general, valorile cresc odată cu creșterea vitezei. În cazul vibrațiilor mâna-braț, valoarea de atenție pe 8 ore de 2,5 m/s² a fost depășită (în funcție de modul de conducere) de toate mărcile de motociclete, dar și valoarea limită de 5 m/s² a fost depășită de un număr de motociclete.

În cazul vibrațiilor întregului corp, magnitudinea vibrațiilor crește odată cu creșterea vitezei, iar vibrațiile la nivelul suporturilor pentru picioare le depășesc pe cele de pe scaun. Valoarea de atenție de 0,5 m/s² a fost depășită de toate vehiculele (în funcție de modul de conducere). La conducerea în moduri variate (traversare, viraje, frânare și accelerare), chiar și valoarea limită de 0,8 m/s² a fost depășită pe direcția ”z„ pentru aproape toate măsurătorile.

În cazul vehiculelor investigate din cadrul serviciului de poliție, au fost depășite atât valorile vibrațiilor la nivelul mână-braț, cât și valorile vibrațiilor întregului corp, dar nu și valorile limită.

 

Concluzii

Profesorul Adamek concluzionează că motocicliștii sunt expuși la vibrații excesive și mulți dintre ei raportează efecte asupra corpului lor. Cu toate acestea, majoritatea nu percep aceste vibrații ca fiind deranjante. Măsurătorile vibrațiilor transmise corpului uman pentru motocicliști depășesc în mod clar limitele recomandate, iar vibrațiile transmise întregului corp au depășit limitele mai mult decât vibrațiile transmise sistemului mână-braț*. Pentru un anumit model de motocicletă, conducătorul individual poate influența în mod semnificativ expunerea reală la vibrații prin stilul său de conducere și poziția pe scaun.

* Pentru a informa diferite grupuri de motocicliști cu privire la riscul de expunere la vibrații, rezultatele acestui studiu pot fi accesate pe pagina de start a proiectului: Motorrad-Humanschwingungen

Date cercetare:

27 motociclete diferite:

• Motor: 1, 2 și 4 cilindri
• Cilindree: 300 până la 1340 cm³
• Putere: 20 până la 142 kW (27 până la 193 CP)
• Anul de fabricație: Din 1967 până în 2014

23 de șoferi (2 femei, 21 bărbați):

• Vârsta: 20 – 66 de ani
• Înălțime: 165 -193 cm
• Greutate: 60 – 110 kg

Distanța totală de conducere cu înregistrare de date: 2500 km

 

Directiva UE privind vibrațiile (2002)

Directiva urmărește să asigure sănătatea și siguranța persoanelor expuse la vibrații. Aceasta face distincție între vibrațiile mână-braț și vibrațiile întregului corp și definește următoarele valori limită de expunere (standardizate la o perioadă de referință de 8 ore):

Vibrații mână-braț

• Valoare limită de expunere = 5 m/s^2
• Valoare de expunere care declanează acțiunea = 2,5 m/s^2

Vibrații la nivelul întregului corp

• Valoarea limită de expunere = 1,15 m/s^2 (x,y); 0,8 m/s^2 (direcția z)
• Valoarea de expunere care declanșează acțiunea = 0,5 m/s^2