TELKOM NIKA , Vol. 11, No. 4, April 2013, pp. 2253 ~22 6 3   ISSN: 2302-4 046           2253      Re cei v ed  De cem ber 2 3 , 2012; Re vi sed  March 2, 201 3; Acce pted  March 10, 20 13   Experiment System o f  Motorcycle Impact Injury  Using Electric Motor Traction      Haibin CHE N 1 , Jianjin HANG 1 , Liy i ng  ZHANG 2 , Xin NING 1 , Xiao y a n LI 1 , Zhiy ong  YIN 1 ,  Guangy u  YANG 1 , *Zheng guo WANG 1   1 State Ke y  La b o rator y  of T r auma, Burns, and  Combi ned Inj u ries   Institute of Surger y   Res earch,  Dapi ng Hos p it al, T h ird Military Med i ca l Univ ersit y   Cho ngq in g 40 0 042, Ch in a, Ph./F ax: + 86-23-6 871 80 64   2 Bioen gin eer in g Center   W a y n e State U n iversit y , Detro i t, Michiga n  48 202, USA, Ph./F ax: + 1 -31 3 -20 5 -30 6 7   *Corres p o ndi n g  authors, e-m a il:  w a ngzh g @ c ae.cn       A b st r a ct   Althou gh  moto rcycle cras h is  one  of the   mo st  common c a uses of  de ath  and  in jury, ther e has n ’ t   bee n a stan dar d exp e ri me nt system to si mul a te the g ener ation of the r e sul t ing  motorcycl e  impact in juri es .   A uniq ue  mot o r drive  unit ( M DU) an d mo torcycle crash  simulati on u n i t (MCSU) w e re deve l o ped  to   establish  a short-track and  high-a ccur a cy exper iment  sy stem  of  moto r cycle impact injury. The control  hardw are of the MDU co nsi s ts of a “tw o   DC motors ”   s ystem a nd a “ t w o  drums, cl osed- loo p , frictio n   transmissio n ”   system, an d the co ntrol soft w a re of  the MDU has  a nov el “carri age  ac celer a tion  profi l e   control  progr a m ” w h ich w a s  speci a lly s e t u p  to prev ent  th e cusp- like  pul se an d osci ll ati on p h e n o m e n o n  i n   the acce ler a tio n  stage  clos e  to the u n ifor m veloc i ty. T he  uni que  motorc ycle sl ed a nd  ener gy a b sorb er   constitute a n o v el MCSU. T h ir teen ve hicl e frontal i m p a ct  tests (50, 64, 80k m/h) w e re carri ed out to va lid a t e   the motor traction pr operties  of this  experiment system   of m o torcyc le im pact injury, while 18  m o torcyc list   ejecti on i n jury  simulati ons (3 0 ,  40, 50k m/h) a nd 3  moto rcyc l e -pe destria n i m p a ct inj u ry si mu lati ons (5 0km/h)   we re  ca rrie d  ou t to   e x am in e i t s simu l a tio n  ca pa b i l i t y. Rese a r ch re sul t s sh o w  tha t: (1)U si n g  a un i que  gen eratio n a l g o rith m of th e  carriag e acc e l e ratio n -  an d  ve l o ci ty-tim e curve  a n d  un i que   m a nu fa ctu r ing  techni qu es of hardw are co mpon ents,  the a ppar atus pres e n ted in th is pa per has  a pote n tial to b e co me th e   first short-track experi m e n t system of motorc ycle i m pact  in j u ry. (2)Due to a hig h  w e ight capac ity w i th the   ability to pr opel whole v ehic l es,  the M DU  can be  used in the full  mo torcycle/full v ehicle cras h tests  or   vehicl e co mp o nent sle d  i m p a c t tests.     Ke y w ords : electric m o tor trac tion, mo torcycle crashes, im pact injury     Copy right  ©  2013 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .       1. Introduc tion  Motorcycle  crash e s a r e an  incre a si ng p ublic he alth p r oble m  in the present wo rl d [1-5].  The m o torcyclist  eje c tion  injury a nd m o torcy c le -pe d e stria n  imp a ct injury a r e t w o  of the m o st   comm on inju ry severitirs of the resultin g motorc ycle i m pact inju ry [6]. Because they are capa ble  of high spe e d s but offer  minimal occu pant prot e c ti on, motorcycles are the most ha za rd ous  high way vehi cle s : they ha ve the highe st cr ash co st s pe r pe rson -mile (NHTS A , 2002)[7]. Per   vehicle mile  traveled, mot o rcy c le ri ders have a 34 -fold highe r ri sk of de ath in a cra s h th an  peopl e d r ivin g othe r type s of moto r ve hicle s , a nd  t hey al so  are  eight time s  more  likely to be   injure d  (NHT SA, 2007 ) [8] .  The  high er risks  of   inju ry and death   for  motorcycl e  ri ders have be en  repo rted to  b e  asso ciate d   with a you n g e r a ge, la ck  of prote c tion,  and p o o r  visibility of the ri der  and vehi cle t o  other  ro ad  use r s [9 -1 2]. A number   of studie s   sh ow that the  most imp o rta n t  variable  affecting mo rtality in moto rcy c le  crashe s i s  h ead i n jury. Th ora c ic an d a b dominal  trau ma   as well a s  pe lvic ring fra c ture s asso ciat ed wi th long  bone inju rie s  appe ars to be the second ary   factors contri buting to re d u c ed  survival [1], [13-16].  To date, the r e ha s bee n very little inform ation pu blished on th e g eneration me cha n ism   of motorcycle  impact inj u ry . Acco rdin g to the  comput er-ba s ed  onli ne search to  identify English   article s   abo ut “Moto r cycle  injury” pu blished fr om  Ja n uary 1 994  to  De cem b e r  2 012 i n  Pub M ed  databa se, fo r insta n ce, 18 96 a r ticle s   were  availabl e. Ho weve r, m o st a r ticle s   a r e  related  to  the   epidemi o logi cal and  clini c a l  research es  of motorcyc le  impact inj u ry . Only four (4 ) arti cle s  we re  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 4,  April 2013 :  2253 – 2 263   2254 about the ge neratio n mechani sm of motorcy c le imp a ct injuri es [6 ], [17-19]. One of the reasons  is that ： there  hasn’t been a  standa rd exp e rime nt sy ste m  of motorcy c le impa ct inj u ry.  The pu rpo s e  of this study is to establi s h  a sho r t-tra c k, high-accu ra cy experiment  system  of motorc y c le impac t injury us ing elec tric motor trac tion.      2. Rese arch  Metho d   2.1. Design  Appro ach   (a) L - shap ed  stru ctural layout. The experime n t  sy st e m  of  mot o rcy c le impa ct  inj u ry  wa s   desi gne d  to h a ve  a L-sha p ed stru ct ural l a yout (Fi gure  1). It h a s the  followi ng  ope ration  pri n ci pl e :   sho w n in Fi g u re s 1-2, two  DC moto rs resp ectively d r ive two d r u m s to mobili ze the dra g  st eel  rope  by frictio n ; the drag  st eel ro pe then  pulls the  m o torcy c le  sled t o  move alon g  the “test tra c k”  from the  “test  pre paration  room” to th e  crash h a ll.  At a pre-d e fined  positio n, the  motorcycle  sl ed   is me cha n ical ly sepa rated f r om the d r ag  rope  and  the n  a motorcycl e  crash take s place o n ly b y   mean s of the inertia of mot o rcy c le sl ed.   (b) Te ch nical  requi reme nt. Two main  co mpone nt s of this experi m e n t system are :  motor   drive u n it (MDU)  and  motorcycle  crash  simu lati on unit  (M CSU). Th e M D U is fo r d r iving  motorc yc le  s l ed, while the  MCSU is   for  s i mulating motorc y c le cras hes .   The followi ng  MDU  kinem a t ics criteri a , base d  on ECE  R94 an d ISO1323 2, were  use d  to  assure the ini t ial test state of test items:  1.  the maximum  drag  accele ration of  moto rcy c le  sled  b e  0.5  Gs (G:  accele ration   of gravity) or  less;  2.  the averag e d r ag a c cele rati on of motorcycle sl ed be 0. 3 Gs o r  less;   3.  the dra g  velo city accuracy  be ±2% or le ss  whe n  the i m pact velo cit y  of motorcycle sled i s  40  mph or le ss than;   Beside s,  thi s  MCSU wa s required  to si mulate  the  ge neratio n of th e motorcycli st  ejectio n   injury and m o torcy c le-ped e s trian im pa ct injury.  (c) De sign p r incipl e. The kinem atics eq uation of this experim ent  system of motorcy c le  impact inju ry can b e  simplif ied as    dt dn GD k M M L 2                                                                                          (1)    Incorpo r ating  the followin g  formul as:     ) ( 2 2 2 2 2 2 lS lS lV lV r r l l r r D G D G D G D G D G GD                                    (2)    LV LT L L M M M M 0                                                                                                 (3)    It can be also  expresse d a s :    dt dn D G D G D G k M M M M lS lS lV lV r r LV LT L ) ( ) ( 2 2 2 0             (4)  Whe r e:   M, n         = Eletro-m agn etic torque an d rotating sp eed  of DC motors, re spe c tively  M L , GD 2  = Lo ad torqu e , flywhe el mome nt of whole sy stem, re spe c t i vely  k               = Transmi ssion  coefficient of whole sy stem   0 L M       = Resi sta n ce torque  when moto rs d o  no-lo ad run n ing   LT M        = Resi sta n ce torque  re sulting fro m  mech ani cal transmi ssion s   LV M        = Resi sta n ce torque  re sulting fro m  the linea r moti on of motorcycle sl ed   2 r r D G    = Flywheel  moment of ro tating parts,  consi s ting of the rotation al inertia of  mech ani cal transmi ssion p a rts an d moto r rotato rs  2 l l D G     = Equivalent flywheel moment of line a r motion p a rts (i.e. the motorcy c le sle d   and drag ste e l  rope ) ba sed  on the Prin cip l e of Moment um Con s e r va tion  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046       Expe rim ent System  of Motorcycle Im pac t Injury  us ing Elec tric  (Haibin CHEN)  2255 2 lV lV D G  = Equivalent flywheel mom ent that the mass of the mo torcy c le sle d  unde r linea r  motion is con v erted to   2 lR lR D G  = Equivalent flywheel mom ent that the  mass of the dra g  steel ro pe u nder lin ea r  motion is con v erted to           Figure 1. L-shape d Struct ural Layo u t of this Experim ent System        Figure 2. Sch e me of Ope r a t ion Prin ci ple  of this Experi ment System   Tension wheel  Tensi o n w h eel   B e hi n d  dr u m   Front dru m Tachom et e r Guide wheel- 4  Guide wheel-5 Crash wall Gui d e wheel -3 Gui d e wheel -2 Gui d e wheel -1 M echani cal  t e ns i o n So lid  lin e:  ro pe pr essing   up per  rop e   race  of  drum ; Dotted line: rope  p ressi n g  lower  ro p e race of  dru m   R ope  p r essi n g   l o we r r o pe  Ro p e   bet w een two wheels Photo g ra p h y   p i t Dra g  ro p e Pre p aration room Transitional trac k Crash barrier w a ll Motorc y c le  sled  Dri v e dr um   Hyd r au lic ten s i o n  Dra g  ro pe   Tachom eter   DC m o tor   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 4,  April 2013 :  2253 – 2 263   2256 From th e a b o ve ki nemati c s eq uation s ,  the de si g n  prin ciple s  of the  MDU  [2 0 ]   are as   follows :  1.  A uniqu e  “Mo t or  Control St rategy” was  desi gne d to  assure th at: the el ect r oma gnetic torque   ( M )  of two  DC moto rs is  stable an d reli able  while th e re si stan ce t o rqu e   when   motors do  no- load ru nnin g  ( 0 L M ) is  approximate to a c o ns tant.  2 .   A u n i q u e   “ C lo s e d - loo p   F r ic tio n   D r ive Str a te g y ” a n d  “d r a g s l e d ”  a n d  “ m in i-r a il” we r e   d e s i g ned  to assu re tha t: the re sista n ce to rq ue  re sulting f r om  mech ani cal transmi ssion s   ( LT M ) and  ( 2 r r D G ) and ( 2 lR lR D G ) are a pproxim ate to a con s tant, and the ( LV M ) is mi nimal.  Beside s, the desi gn pri n ci ples of the M C SU a r e a s  follows:   The uni que  “motorcycle  sl ed” a nd “ene rgy ab so rbe r ” we re d e si g ned to si mul a te the   gene ration of  the motorcycl i st ejectio n  inj u ry and moto rcy c le-ped est r ian imp a ct in jury.    2.2. The “t w o  motors ” s y stem  (a) Ge ne ral d e scriptio n of the MDU: This MD U c o ns is ts  of a “two  motors ” s y s t em, two   drive drum co mplexes, a d r ag rop e  co mp lex,  and a hydrauli c  contro l complex (Fi gure s  1 - 3).   (b) DC  moto rs.  Two DC m o tors  with  th e   ra ted  po we r  of 225 kW (M odel: Z4 -28 0 -42 DC  motors )  were s e rved as  the power s o urce  of this moto rcy c le expe ri ment system.   (c) Digital DC spe ed reg u lating ca bin e ts.  Usin g  a   force  b a lan c e co ntrol m ode,  two  spe ed regula t ing cabi nets (Model: Sie m ens  6RA2 4 87-6 D V6 2-0  Digital DC S peed  Reg u lat i ng  Cabi nets) provide the ide n tical loadi ng  for the related two motors. The ca bin e t subje c t to the   front motor was defin ed as the master cabinet  and th e other subje c t to the behind motor a s  th e   slave cabin e t. The maste r  cabinet contro l s  the slave o ne throu gh co mmuni cation.   (d) M o tor  control program .  To  ensure the reli ability of t he motor  drive unit  (M DU), a  control comp uter (CtrC)  and PL C (i. e . Prog ramm able L ogi c  Controlle r)  were  com b ine d  to  c o ns titute a 2-s t age motor  c ontrol  s t rategy: Fi rst, the  CtrC send s v a riou s  cont rol  comm and s t o   the PLC; The n , the PLC d e fines the  op eration  par a m eters of two  motors. Th e  CtrC i s  conn e c ted   with the PLC  by serial  port s . During a drag moti on the CtrC runs t he  specilly-developed “Motor  Control P r og ram”.  Figu re  4  sho w s th e flow ch a r t of moto r  control  progra m . The  “vel ocity  feedba ck” si g nal is from th e tachom eter  to m easu r e th e linear velo ci ty of drag ste e l rope.     2.3. Driv e dr um complex   (a)  Drive dru m . The drive drum s are used to de liver the forward o r  reverse drag  force to  the dra g  stee l rope. In ord e r to ma ke suffici ent fricti on force bet ween the d r ive  drum s an d d r ag  rope, two d r u m s we re de signed to hav e a differ ent quantity of rope ra ce s wh ose ge ometri cal  sizes were  speci a lly man u factured  (Fi gure  3 ) . In  fa ct, the fro n t a nd b ehind  drum in clud es  7 an d  6 rope  ra ce s, respe c tively.  The  rota ry p a rt of  ea ch  d r um,  con s i s ting of  a  sh aft and  a  hu b a nd two  sid e   plates a s   well as a rim,  is su ppo rted by  two bea rin g   ho use.  Two  end s  of ea ch  dru m   shaft a r e  re spe c tivel y   con n e c ted to the cou p ling  and the brake  dic.  (b) Expan sio n  sleeve. Th e expansi on  sleeve  is fo r mech ani cally  conne cting t he drum  shaft to the hub or brake di sc. To mai n tain the  hub in contact with the drum shaft, this apparatus  allow the hig h -st r en gth bo lts to be tightened an d th e r eby produ ce  sufficient pre s sure o r  fricti on   force b e twe e n  the adja c en t interface  surface s .  (c) Cou p ling.  A VULKAN FLEXOMAX-G flexible couplin g wa s applied to make a  transmissio n  con n e c tion b e twee n the  DC moto r a nd  drive d r um. T he flexible  be havior  of ru b ber  cou p ling  co mpone nts n o t only prev ents the l o ca l dru m -m otor tra n smissi on sy stem f r om   endu ring i m p u lse l oadin g ,  but also re du ce s the n o ise  prod uced by  the dire ct int e rface bet we en   two metal co mpone nts (i.e . motor shaft and drum sha ft).  (d) B r a k e di sc. The  bra k e   discs  are for  bra k ing th e in ertia rotation  drum  sh afts  after the  DC m o tors are instructe d  to stop. The  control hy d r au lic pressu re t o  bra k e di scs is su pplied  b y   the spe c ially -develop ed hy drauli c  pu mp  station. T he b r ake di sc of e a ch d r ive d r u m  is co nne ct ed   with the exp o se d cantile ver of drum  shaft  an d i s  fixed on t he be arin g  hou se throu gh a   transitio nal pl ate.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046       Expe rim ent System  of Motorcycle Im pac t Injury usin g Electri c  (Ha i bin CHEN)  2257     Figure 3. The  “two moto rs” System and  Drive Dr u n  Complex (See  Online Ve rsi o n For Colou r s)                          Figure 4. Flow Ch art of Motor Co ntrol  Program     2.4. Drag rop e  complex   (a)  Dra g  ro pe  loop: sho w n  as Figu re 1.   (b)  Ten s ion   device s . Th e  hydra u lic te nsio n devi c e  wa s de sig n e d  to ma ke a  pre c isi on  alignme n t of  tensio n fo rce  of d r ag  rop e , whil e the   mech ani cal t ensi on  device to  do  a  ro ugh  alignme n t. This hydrauli c  tension d e vice was pl aced behi nd th e behin d  dru m  (Figu r e s  1 - 3).  Duri ng a ten s ion ope ratio n , the drag  rop e  wa s firmly  pre s sed into t he ro pe race s of drive d r u m s  so that the torque of DC motors  can b e  tran smitted to the drag  rop e .   (c) Mea s u r e m ent of linea r velocity of d r ag r ope. Sh own a s  Fig u re 1, the dra g   rope  wa s  tensio ned  an d firmly pressed into the  ro pe ra ce s  of  the tach omete r   whe e l. Du ring  a drag motio n ,  the drag rop e  allows the tachom eter  whe e l to  rota te and there b y the opto-electri c al e n coder  whi c h is co-a xial with the tachom eter  wheel  output s the pulse  sig nals  represe n ting the rota ry  velocity of th e tachomete r  wh eel. Of  course, th ese   pulse  sign als ca n b e  u s e d  to calculate  the  linear velo city and linea r accele ration of the dra g  ro pe.     2.5. H y draulic contr o l complex  The ap paratus (Figu r e s  1-3 )  provide s  a st able, a d justa b le co ntrol pressu re for the  hydro - cylin de r of the  hydra u lic ten s io n d e vice o r   the  b r ake di sc. Its  hydrauli c   pu mp statio n ha s a  compl e te hyd r auli c  co ntrol  system to ma intain  in co ntact with the g eneral co ntrol  system.     Frontal motor and drum Behind motor and drum  H y draulic t e nsion H y draulic  p um p  station Dra g  ro p e DC Spee d R egulating Velocit y   PLC  C ont r o l  c o m p ut e r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 4,  April 2013 :  2253 – 2 263   2258   Figure 5. Cro s s-sectio n View of the Min i -R ail  (Geom e tric Di mensi oning unit is mm)              Figure 6. Set-up of Motorcycle Cra s h Si mula tion Unit (se e  onlin e versi o n for  col ours)  (a)  Dra g  Ca rri age an d Energy Absorber  Compl e x; (b)  Motorcycle  Crash Hall   Ener gy  absorber  Mini-rail Dra g  carria g e Im p act  PU tube &  steel sleeve Absorber  Dra g  sled  ( a )   Mini-ra il  Instrumentation base  Ener gy  absorber com p lex   Dra g  sle d   ( b )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046       Expe rim ent System  of Motorcycle Im pac t Injury usin g Electri c  (Ha i bin CHEN)  2259 2.6. Drag sle d  and mini-rail  The d r ag  sled  is mou n ted o n  a 75 -m lon g  mini-rail (Fi gure  5), which wa s ma de  up of the   cu stom-fo r ge d cha nnel  ste e l se ction s  of 25c type.   The technical  requi reme nts of this mini-rail are a s  follows:   1. The u ppe r  surfa c e s   of this mini -rail  sh ould b e  ho rizontal an d the  elevation diff eren ce  betwe en  be ±2m m  or l e ss;   2. The gaug e of two upp er su rfa c e ed ged shoul d b e   1 0 150 , and both the overall lo ngitudin a l  and vertical linearity of two  edge s sh oul d be ±2 mm o r  less.   This d r ag  sle d  is a key  co mpone nt of t he MDU. Th e novel structure was d e si gned to  con n e c t the drag ste e l rop e  with the motorcy c le sl ed so that they can be  firmly conne cted du rin g   drag  motion  and a u tomati cally sepa rat e  from e a ch  other  at  a pre-defin ed se paratio n  po si tion   ( F ig ur e  6) .    2.7. Motorcy c le crash si mulation unit  (a) Motorc yc le  s l ed.  The motorc yc le s l ed  co ns is t s   of a tes t  motorc y c le, mot o rc y c le  carria ge (Fi g ure 6 ) , and locking fixture .  During a  te st, the motorcycle  sled i s  prop elled by  the   MDU a nd  sl ides alo ng t he mi ni-rail. Wh en thi s   sled  a rrive s  at a p r e - defi ned  po sition  a  motorc yc le  c r as h tes t  is  c a rried out.  The lo cking  fixture ha s  a  novel  stru cture to  a s sure t hat the m o to rcy c le  sled  a nd d r ag   sled  ca n be fi rmly co nne ct ed du ring  a d r ag m o tion  a nd auto m atically sep a rate   from ea ch  other  at a pre-defin ed se paration  position.   (b) E nergy a b so rbe r . Th e  requi re d sl ed  decel e r ation  pulse is a c hi eved by me a n s of  an   energy absorber. Thi s  en ergy ab so rbe r  con s i s ts  of two or mo re  re-usable pol yurethan e tube   device s  pl aced in p a rall el  insid e  ste e l  pipe s,  whi c h  are  rigidly att a ch ed to the  fixed base pl ate   (Figu r e 6). Decel e ratio n   o c curre s  whe n   two or  mo re steel sh afts  o n   the ene rgy absorb e r, whi c h   are fitted with  olive-sh ape d  ends, a r e im pacte d  by the motorcycle  sled a nd ram m ed in side th e   polyureth ane  tubes, ab so rb ing the impa ct energy.     2.8. Validation tes t s   To validate  the moto r  dra g  prope rtie s  of this   experi m ent  system  of moto rcy c l e  impa ct   injury,  six 50 -kph  sl ed f r on tal impa ct te sts  a n d  six  6 4 -kph  and  on e 80 -kph  full  vehicle  fronta l   impact te sts  were ca rri ed  out according  to ECE R94 and ISO132 3 2 .  In per sl ed t e sts a  stand ard  sle d  wa s d r ag ged t o  impa ct the  energy ab so rber  of  polyureth ane -tube type attach ed to a solid cra s h ba rrier  wall at a  50-kph  sp eed  (Figu r e 7 )  [21],  while in  pe r vehicl e test s a  full-scale ve hicl e (weighi ng  ap proxim ately  680 kg or  12 00 kg )  wa s  prop elled to i m pact the  sol i d cra s h b a rri e r wall at a 6 4 - or 8 0 -kph  spe ed.           Figure 7. Du mmy Frontal Impact Sled T e st (see onli n e versio n for  colo urs)    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 4,  April 2013 :  2253 – 2 263   2260 2.9. Animal (pig) expe r iments   To exami ne t he  simulation capability of  this   experim ent sy stem of motorcycle  impact  injury, 18 mo torcy c list eje c tion injury si mulation s (Fi gure 8; the ej ection velo citi es  ≈  30, 40,  50   kph )  [6] and  3 motorcycle -pede stria n  im pact inju ry  si mulation s (Fi gure  8; the impact velo citi es  ≈   50 kph)  we re  carrie d out.  Digital hig h -speed  col o r vi deo s are u s e d  to photo g raphi cally re cord  each event.          Figure 8. Animal Experime n t Models  (se e  online versi on for colou r s)  Left: Motorc y c lis t Ejec tion Injury; Righ t: Motorc yc le-P edes t rian Impac t  Injury.                 Figure 9. Dra g  Accel e ratio n  Profiles In  Vali dation Te sts (se e  onlin e versio n for  colo urs)  Upper: 5 0  km/h;  Middle: 64 km/h; Lo w e r: 8 0  km/h.  Gr ee n Line Rep r esents The Pre - Defined Values, And Red Line  Represents Th e  Actual Measurement Values  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046       Expe rim ent System  of Motorcycle Im pac t Injury usin g Electri c  (Ha i bin CHEN)  2261 3. Results a nd Analy s is  3.1. Validation tes t  results  Table 1 an d Figure 9 sho w  that this experime n t  sy st em of  mot o rcy c le  impact  injury is  sufficie n t to manag e the  deman ds fo r high velo city  motorcycle  cra s h e s. In f a ct, the maxi ma l  cra s h  velo city of thi s  exp e riment  system  is up  to  120   km/h  whil e th e moto rcy c le   sled  a s sembl y   weig h 1500  kg.  In Tabl e 1,  imp V  and   drag A max  and   drag avg A  are  re spe c tively the im pact vel o city  an d   maximum  drag a c cele rati on a nd  average  dra g   acceleratio n  of  test  sled s  pri o r to  the i m p a ct,  while  imp A max  is its l ongitudi nal m a ximum d e ce leration  du rin g  the i m pa ct.  a L  is the  accel e ration   distan ce of m o torcy c le sl ed .      Table 1. Valid ation Test  Da ta    Input variables  Output p a ramet e rs  ) / ( h km V imp   ) ( max G A drag   ) ( G A drag avg   ) ( max G A imp   ) ( m L a   Pre-defined  50  0.48  0.24  ---   ---   Actual-1  (n = 6)   49.874±0.31 7  0.462±0.012   0.208±0.019   30.557±1.24 7   38.6±1.013   Pre-defined  64  0.49  0.29  ---   ---   Actual-2  (n = 3)   63.867±0.20 9  0.478±0.010   0.231±0.047   No  data   52.9±1.307   Pre-defined  80  0.64  0.40  ---   ---   Actual-3  (n = 1)   79.75  0.585   0.357   No  data   63.1      3.2. Animal experiment r e sults   (a) Moto rcy c li st eje c tion  inj u ry. From  hig h -spee d vide os, the  g ene ration of  moto rcy c list  ejectio n  injury  was divid ed i n to three ph a s e s :   1.  Impact  pha se: The  moto rcy c le  sle d   wa s d r a gged  up  to a  p r e - define d  velo city and  the n   impacte d the energy absorber  of polyu re thane tube type.  2.  Ejection ph a s e: The mot o rcy c list surrogate (a nima l) placed fre e ly on the motorcy c le in  a   riding p o stu r e  was ej ecte d forward, acco mpany ing  with the rotation  motion in the air.  3.  Land p h a s e: The he ad an d sho u lde r  an d thorax  of ej ected a n imal  impacte d in turn the h a rdy   grou nd.   Beside s, vary ing deg ree of  injurie s  focu sing on the li ver, heart, lung and splee n  were  found. T here  existed  a  si g n ificant  po sitive co rr elation  between  ISS (Inju r y Sev e rity Sco r e )   and  the eje c ted  velocity of th e  motorcycle  drivers  (ISS = 1 6 .7±2.9 f o r  3 0  km/h,  25.0 ± 0.0 for  40  km /h,  37.3±1.0 fo r 50 km/h ).  The above ex perim ent re su lts are  similar to  the actual motorcycli st ejection eve n ts.  (b) Motorcy c le-Ped estri a n  impa ct inju ry. From hi gh -sp eed  video s, the g ene ration of  motorcycle -p ede strian im p a ct injury in cl uded three p hases:   1.  Impact pha se: The test motorcycle m ount ed on th e motorcycle  sled wa s dragge d up to a  pre - defin ed velocity and it s front wheel  then impa cted the rig h t tibia of the ere c t pede stri an   model, in wh ich the he ad -ne ck m odel  was  repla c e d  by the head-n e ck com p lex of living   animal  (pi g ) a nd oth e r com pone nts  we re  sim u lated  by  a  cu stom -ma de p h ysi c al  m odel  simila r  to the Hybrid  III 50% dummy.  2.  Ejection ph ase: The wh ole pede stria n  m odel  revolve d  round the m o torcy c le fro n t wheel, and   wa s then eje c ted forwa r d, a c compa n ying  with the rotat i on motion in  the air.  3.  Land  pha se:  Within a  ce rtain d s itance from the i n itial impact p o int, the head -sh oulde rof test   animal impa cted the hardy  backgroun g or the  feet and head a nd sho u lde r  imp a cted in turn   the hardy ba ckgroun d.  The ab ove experim ent re su lts are  also si milar  to the a c tual moto rcycle-ped est r ia n crash   events.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046   TELKOM NIKA   Vol. 11, No. 4,  April 2013 :  2253 – 2 263   2262 3.3. Contribu tions of this study   ( a) T he first  short-t r a ck ex perim ent syst em of  motorcycle impa ct injury. The ex perim ent  system  of m o torcy c le im pact inj u ry h a s a  75 -met er te st tra c k and  high -a ccuracy  ca rri a ge  velocitie s  an d accel e ratio n s. Thi s   system ha s al so a u n ique   motorcycle  sled an d en e r gy  absorber  and thereby has a capability  of simulate  t he generation of t he mot o rcy c list ej ection  injury and m o torcy c le-pedestrian impact injury . It is  notable th at to date th ere  hasn’t bee n  a  stand ard  exp e rime nt syste m  of motorcy c le im pac t i n j u ry. Only a f e w  whol e m o torcy c le  cra s h   t e st  sy st em  wer e  re po rt e d  in t he previous lite r ature s . The p o ssib le  sho r t e st  t r ac k of  mot o r c y c le   cra s h te st is  122-meter lo ng in Chi na [22].  Hen c e, thi s  d e vice ha s a  p o tential to be come th e first  sho r t-tra c k e x perime n t sy stem of  motorc yc le impac t injury.  (b)  Uniq ue m o tor co ntrol  strategy. The cont rol ha rd ware of the MDU h a s a  “two DC   motors” sy ste m  and a “two  drum s, clo s e d -loo p, fr ictio n  transmissio n” syste m  an d thereby a s sure  the reliability of the MDU.   The cont rol softwa r e of  the  M D U  co n s ist s   of a  no vel “carriag e  accele ratio n  profile  control”  prog ram. Th e p r ogra m  inp u ts the ta rget operation pa ramete rs of  DC moto rs  and  desi g n s  a  carriage vel o city - and  accel e ration-time  cu rve. The interesting  co ntrib u tion is th at: the  gene ration  al gorithm  of the ca rri age a c cele ration -  a nd velo city-time cu rve  wa s spe c ially se t up  to prevent th e cusp-li k e  p u lse  an d o s cil l ation p hen o m enon  in  the  accele ration   stage  cl ose t o  the   uniform  velo city. Noted tha t  though  such  a  cu sp -like p u lse  o r  o s cill ation p hen om enon  ge nerally  occurre d  in t he p r eviou s   automobil e  traction  sy ste m s, they ha d a  sufficien tly long tra c tion   distan ce fo r speed  reg u lation to meet th e spe ed  control accu ra cy requireme nts. This g ene rati on  algorith m  ha s been p r oven  to assure th at the MDU  has the  high -accuracy  carriage velo citie s   (e.g.  imp V = 49.87 4±0.31 7 km/h ) and  accel e rations  (e.g.  drag A max = 0.462±0.012  Gs) within  a  sho r t   drag di stan ce .  (c) Uni que m anufa c turin g  tech niqu es.   1.  The  knot -work of th e d r a g  ste e l rope  wa s sp ecial l y  made  to  ensure   a si milar diamet er  betwe en th e  rope  knot a n d  othe r  rop e   parts  an d the r eby a  smoot h sli de  betwe en d r ag  rope   and any ro pe  races.   2.  The optimal  match bet we en the “d rag  rope -d ri ve drum” interfa c e  area an d the  tension force   of drag rope  wa s sp eci a lly set up to gen erate a  st able ,  reliable d r ag  velocity or accele ration.   3.  The me cha n i c al st ru cture  of the drag  sl ed wa s subtly desig ned to  assure a nov el con n e c tion  betwe en the  motorcycle  sl ed and d r a g  rope: they  are  firmly conne cted du ring  a  drag motio n   while they are automatical ly s eparate from each othe r at a pr e - defi ned sepa ratio n  positio n.    3.4. Limitations of this s t ud y   Cra s h  pul se s durin g the m o trocy c list ej e c tion  simulati ons  coul d not  compl e tely si mulate   the typical  o r   stand ard   motorcycle -b arri er cra s he s.   Animal  e x perime n t m odel s  coul d  not  c o mpletely s i mulate the injury c h arac teri stics of actual  motorcy c le i m pact inju ry.       4. Conclusio n   (1)  Using  a u n ique  gene ra tion algo rithm  of the ca rri a ge velo city- a nd a c celeration-time  curve  an d u n i que m anufa c t u ring  techniq ues of  h a rd ware co mpo n e n ts,  the app a r atus  p r e s ent ed   in this p ape r  has  a pote n tial to be com e  the firs t  sh o r t-tra c k expe riment sy stem  of motorcycl e   impact injury.  (2)  Du e to a  high  weig ht capa city with the  ability to p r opel  wh ole v ehicl es, the  DC moto r  drive unit  can  be used in t he full motorcycle/full vehi cle  cra s h te st s or ve hicl ar  comp one nt sl ed  impact te sts.  Future  re se arch  sho u ld im prove th e mo torcy c le  cra s h sim u lation  pulse an d a n i m al   experim ent model.       Ackn o w l e dg ements   The wo rk re p o rted  i n   thi s  pape r wa s su pporte d  in   pa rt  by  the Nati onal Natu ral Scien c e  Found ation of  China (NSF C) (No. 30 12 2202 a nd No. 30928 005 ).      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.