PRÓBA OSZACOWANIA LADU TERMICZNEGO POWSTAJ CEGO PODCZAS HAMOWANIA POJAZDU KOŁOWEGO

Transkrypt

1 PRÓBA OSZACOWANIA LADU TERMICZNEGO POWSTAJ CEGO PODCZAS HAMOWANIA POJAZDU KOŁOWEGO BRONISŁAW KOLATOR, ANDRZEJ OLSZEWSKI, STANISŁAW WALCZAK, STANISŁAW WOLAK Streszczenie W pracy przedstawiono próbę oszacowania śladu termicznego powstającego podczas ekstremalnego hamowania kół ogumionych pojazdu wyposażonego w układ zapobiegający blokowaniu kół. Współczesne samochody w celu poprawy bezpieczeństwa czynnego podczas gwałtownego hamowania są wyposażone w układ hamulcowy z systemem optymalizującym poślizg kół (ABS), a tym samym nie dopuszcza do 100% poślizgu, co przekłada się na nie pozastawianie śladów hamowania. W wielu przypadkach utrudnia to rekonstrukcję zdarzeń drogowych, a mogłoby przyczynić się do poprawy bezpieczeństwa w ruchu pojazdów. Słowa kluczowe: koło ogumione, lady hamowania, metoda 1. Wprowadzenie Słu by policyjne dokumentuj ce lady na miejscu zdarzenia drogowego, s zazwyczaj przekonane, e pojazdy wyposa one w układ ABS nie pozostawiaj ladów hamowania. Takie podej cie sprawia, e stosunkowo cz sto lady hamowania nie s poszukiwane, a niezwykle cenne informacje o przebiegu zdarzenia w nich zawarte bezpowrotnie tracone. Wielu badaczy podejmowało si problematyki zatrzymywania pojazdu w aspekcie wybranych parametrów hamowania, jak równie metod oceny długo ci drogi hamowania [1, 2, 3]. W trakcie rekonstrukcji wypadku drogowego jednym najwa niejszym elementem składowym jest wyznaczenie pr dko ci jazdy samochodu. Okre lenie wielko ci opisuj cych proces hamowania samochodu jest jedn z niezb dnych umiej tno ci rzeczoznawcy dokonuj cego opiniowania zdarzenia drogowego z udziałem u ytkowników ruchu drogowego [4, 5]. lady hamowania s wykorzystywane do okre lenia pr dko ci jazdy samochodów, w których pr dko nie jest rejestrowana [6, 7]. Starsze rozwi zania układów hamulcowych powodowały, e podczas nagłego hamowania pojazdu dochodziło do zablokowania kół jezdnych, a gdy pr dko post powa pojazdu była ró na od zera, na skutek tarcia suwliwego kół o nawierzchni, pozostawiały one lady hamowania. W zwi zku z powy szym autorzy niniejszego opracowania przeprowadzili seri testów hamowania ekstremalnego samochodu osobowego. Celem bada było oszacowanie trwało ci ladu termicznego powstaj cego podczas nagłego hamowania dla ruchu prostoliniowego samochodu dwuosiowego i ewentualnej mo liwo ci jego wykorzystania w rekonstrukcji zdarze drogowych.

2 92 Bronisław Kolator, Andrzej Olszewski, Stanisław Walczak, Stanisław Wolak Próba oszacowania śladu termicznego powstającego podczas hamowania pojazdu kołowego System ABS ze wzgl du na nie zaprzeczalne korzy ci w postaci braku blokowania kół, co zapewnia kierowalno pojazdu podczas ekstremalnego hamowania oraz w wielu okoliczno ciach skrócenie drogi hamowania [8, 9]. Podczas awaryjnego hamowania z układem ABS, po lizg opon zazwyczaj zawiera si w przedziale 10 30%, tj., pr dko ci k towe kół nie mog równa si zero, inaczej nie s zablokowane. 2. Metoda badawcza i aparatura pomiarowa Podczas bada zało ono, e samochód osobowy porusza si ruchem prostoliniowym na równej, poziomej nawierzchni. Sucha nawierzchnia asfaltowa, tj. pas startowy o długo ci około 2 km był miejscem bada eksperymentalnych. Do bada wykorzystano samochód Fiat Brava wyposa ony w układ ABS (rys. 1). Koła pojazdu były wyposa one w opony firmy Michelin o oznaczeniu 205/55 R16 91H Energy Saver o przebiegu około 15 tys. km. Masa samochodu przygotowanego do prób hamowania wynosiła 1265 kg. Ci nienie w ogumieniu było o warto ciach nominalnych. Przed rozpocz ciem pomiarów dokonano wst pne próby jazdy i hamowania pojazdu w celu ustalenia si stanu hamulców i opon, do zbli onych warunków tych podzespołów podczas jazdy. Rys. 1. Widok ogólny samochodu Fiat Brava użytego w badaniach w trakcie przygotowań do prób Pomiary nagłego hamowania przeprowadzono przy czterech pr dko ciach pocz tkowych o warto ciach odpowiednio 60 kmh -1, 75 kmh -1, 90 kmh -1 i 120 kmh -1 (wg wskazania pr dko ciomierza) do całkowitego zatrzymania pojazdu. Aparatura pomiarowa VBox umo liwiła okre lenie parametrów ruchu pojazdu poprzez zastosowanie wielosystemowego odbiornika nawigacji satelitarnej GNSS (rys. 2). System ten pozwala ustali pozycj badanego obiektu z cz stotliwo ci 100 Hz oraz dokładno ci mog c si ga ±2cm.

3 Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, Chwilowa pr dko i kierunek pojazdu, wyznaczana jest niezale nie od poło enia z sygnału satelitarnego na zasadzie efektu Dopplera. Przyspieszenia liniowe i pr dko ci k towe wzgl dem 3 osi były mierzone za pomoc modułu bezwładno ciowego IMU. Wielko ci sygnałów z urz dze pomiarowych znajduj cych si w poje dzie, który posiadał magistral CAN, rejestrowano za pomoc w/w aparatury pomiarowej [10]. Rys. 2. Rozmieszczenie aparatury pomiarowej w/na pojeździe Chwilowe pr dko ci k towe kół jezdnych samochodu rejestrowano przy u yciu stacjonarnej kamery Olympus i-speed TR (rys. 3), która ma mo liwo rejestracji obrazu z cz stotliwo ci do klatek na sekund. W tym celu na bocznych cianach opon umieszczono znaczniki (rys. 4). Rys. 3. Widok kamery przygotowanej do rejestracji prób hamowania

4 94 Bronisław Kolator, Andrzej Olszewski, Stanisław Walczak, Stanisław Wolak Próba oszacowania śladu termicznego powstającego podczas hamowania pojazdu kołowego Rys. 4. Widok oznakowanego ogumienia kół samochodu podczas prób Wszystkie próby hamowania rejestrowano z cz stotliwo ci 200 klatek na sekund z rozdzielczo obrazu 1280x1024. U ycie do bada kamery Olympus i-speed miało na celu zbadanie mo liwo ci wykorzystania jej do okre lania wybranych parametrów dynamicznych podczas bada eksperymentalnych. Pozostawiony przez opony samochodu podczas nagłego hamowania na asfaltowej nawierzchni pasa startowego, był rejestrowany lad termiczny. Zapis ladu termicznego wykonano kamer termowizyjn Testo T890-2 (rys. 5), której parametry przedstawiono w tabeli 1. ródło: [11]. Rys. 5. Widok ogólny kamery termowizyjnej

5 Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, ródło: [11]. Tab. 1. Parametry kamery termowizyjnej Testo T890-2 Lp. Parametr Opis 1 Czuło termiczna (NETD) < 40 mk przy 30 C Pole widzenia/ minimalna odległo 42 x 32 / 0,1 m (obiektyw standardowy) 2 ogniskowania 15 x11 /0.5m (teleobiektyw) 1,13 mrad (obiektyw standardowy), 3 Rozdzielczo geometryczna (IFOV) 0,42 mrad (teleobiektyw) 1.280x960 pikseli SuperResolution (piksel / IFOV) opcjonalne 4 0,71 mrad (obiektyw standardowy), 0,26 mrad (teleobiektyw) 5 Cz stotliwo od wie ania obrazu 33Hz 6 Zakres spektralny 8 do 14 m 7 Zakres temperatury -20 C do 100 C / 0 do 350 C (przeł czalny) 8 Dokładno ±2 C, ±2% mierzonej warto ci 9 Ustawienie emisyjno ci/ temperatury 0,01 do 1/ manualne Do okre lenia długo ci pozostawionych ladów hamowania wykorzystywano drogomierz kołowy, przyrz d fotogrametryczny oraz aparat fotograficzny Canon. 3. Wyniki bada eksperymentalnych Zapis z kamery wykorzystano do analizy (wyznaczenia) chwilowych parametrów ruchu takich jak: maksymalny k t przechyłu wzdłu nego, pr dko k towa przechyłu wzdłu nego, zró nicowanie pr dko ci obrotowych kół (znaczniki na kołach) dla osi odci anej i doci anej w procesie hamowania. Do porównania wyników bada przyj to warto redniego pełnego opó nienia (MFDD). Taki sposób interpretacji wyników pozwoli odnie warunki generowania ladu hamowania do tych, które przyjmuje si jako umowne w programach do symulacji ruchu i zderze pojazdów. Przykładowy widok ladów hamowania z pr dko ci 59 km/h do całkowitego zatrzymania przedstawiono na rysunkach 6 i 7, a zmiany rejestrowanych wielko ci na rysunku 8. Zmiany rejestrowane wielko ci i lady termiczne podczas hamowania z pr dko ci 119 km/h przedstawiono odpowiednio na rysunkach 9 i 10. Uzyskane wyniki bada eksperymentalnych zamieszczono w tabeli 2, a w poszczególnych kolumnach umieszczono nast puj ce wielko ci: v p pr dko pocz tkowa pojazdu, MFDD rednie pełne opó nienie, S h08 droga hamowania przebyta przez pojazd od miejsca, w którym opó nienie wzdłu ne osi gn ło warto 80% MFDD do miejsca zatrzymania si samochodu, S hw zmierzona drogomierzem długo widocznego ladu hamowania.

6 96 Bronisław Kolator, Andrzej Olszewski, Stanisław Walczak, Stanisław Wolak Próba oszacowania śladu termicznego powstającego podczas hamowania pojazdu kołowego Rys. 6. Widok śladów hamowania z prędkości ok 60km/h w kierunku jazdy (po lewej), w kierunku przeciwnym (po prawej). Strzałkami zaznaczono zewnętrzne krawędzie śladów hamowania Rys. 7. Widok śladów hamowania po lewej obraz termograficzny, po prawej obraz rzeczywisty, fotografie wykonane w kierunku przeciwnym do kierunku jazdy

7 Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, Rys. 8. Zmiany w czasie prędkości jazdy pojazdu v, opóźnienia ax, sygnału napięcia z włącznika STOP h m Rys. 9. Zmiany w czasie prędkości jazdy pojazdu v, opóźnienia a x, sygnału napięcia z włącznika STOP h m

8 98 Bronisław Kolator, Andrzej Olszewski, Stanisław Walczak, Stanisław Wolak Próba oszacowania śladu termicznego powstającego podczas hamowania pojazdu kołowego Rys. 10. Widok śladów hamowania po lewej obraz termograficzny, po prawej obraz rzeczywisty, fotografie wykonane w kierunku przeciwnym do kierunku jazdy Na klasycznej fotografii trudno jest jednoznacznie okre li długo i szeroko ladów hamowania. Natomiast na obrazie termograficznym mo na zauwa y lady obu kół o jednakowej szeroko ci na całej długo ci intensywnego hamowania (widoczna linia mi dzy ladami hamowania, to zł cze nawierzchni asfaltowej). Tab. 2. Zestawienie uzyskanych w wyniku badań eksperymentalnych wartości wielkości podczas hamowania awaryjnego vp MFDD Sh08 Shw kmh -1 ms -2 m m 59 9,84 11,6 12,4 74 9,67 20,8 22,4 88 9, , ,94 52,9 52,5

9 Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 69, Podsumowanie W artykule przedstawiono prób oszacowania ladu termicznego powstaj cego podczas ekstremalnego hamowania kół ogumionych pojazdu wyposa onego w układ zapobiegaj cy blokowaniu kół. Zaprezentowano wyniki, wst pnych eksperymentalnych bada dotycz cych wyznaczenia ladów ekstremalnego hamowania samochodu z układem ABS. Na podstawie obrazu termowizyjnego, stwierdzono, e jest mo liwe okre lenie długo ci ladów hamowania, a widoczna długo ladu w porównaniu do drogi pojazdu przebytej w zakresie 10 80% MFDD ró ni si około 7%. Zmiany termiczne jako lady hamowania na nawierzchni asfaltowej od chwili wykonania testu hamowania były mo liwe do zarejestrowania przez kamer termowizyjn w przedziale czasowym wynosz cym ok. 15 minut po zdarzeniu. Bibliografia 1. Dugoff H., Fancher P.S., Segel L.: An Analysis of Tire Traction Properties and Their Influence on Vehicle Dynamics Performance. SAE Technical Pa-per Guzek M., Lozia Z.: Porównanie różnych metod oceny długości drogi hamowania samochodu. Problemy rekonstrukcji wypadków drogowych. VI Konferencja, Zakopane Guzek M., Lozia Z., Zdanowicz P., Jurecki R. S., Sta czyk T. L.: Research on behaviour of drivers in accident situation conducted in driving simulator. Journal of KONES Powertrain and Transport Vol. 16, No.1, pp , Reza A., Z bala J., Pieni ek W.: Badanie eksperymentalne wybranych parametrów hamowania samochodu osobowego. Problemy rekonstrukcji wypadków drogowych, VI Konferencja, Zakopane Sta czyk T.L., Jurecki R.: Budowa i weryfikacja modelu kierowcy dla analizy sytuacji przedwypadkowych. Czasopismo Techniczne Mechanika Z. 7-M/2004. T. 2, Bułka D., Walczak S., Wolak S.: Proces hamowania aspekt prawny i techniczny w ujęciu symulacyjnym i analitycznym. III Konferencja naukowo-szkoleniowa "Rozwój techniki samochodowej a ubezpieczenia komunikacyjne", WSB, Radom Wang Y., Wu J.: Skidmark patterns and identification of abs-equipped passenger car. Journal of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, Vol. 6, pp , wider P., Janczur R., Bułka D.: Prędkość początkowa samochodu a długość ujawnionych śladów blokowania kół. Paragraf na drodze, nr specjalny 10 (ISSN ), Kraków Zaranek K., Kulikowski D.: Ślady kryminalistyczne na miejscu wypadku drogowego z udziałem motocykla. Kwartalnik Policyjny nr 1, Wydawca: Centrum Szkolenia Policji, Legionowo Bułka D., Janczur R., Wach K.: Nowoczesna aparatura pomiarowa do badań podłużnej i poprzecznej dynamiki pojazdów. Paragraf na drodze, nr 11 Wydawnictwo Instytutu Ekspertyz S dowych, Kraków detektor-640x480-pix-#tab-4 (broszura.pdf, dost p ).

10 100 Bronisław Kolator, Andrzej Olszewski, Stanisław Walczak, Stanisław Wolak Próba oszacowania śladu termicznego powstającego podczas hamowania pojazdu kołowego EVALUATION ATTEMPT OF TIRE THERMAL SKID MARK DEVELOPED DURING BRAKING OF WHEELED VEHICLE Summary The paper presents an evaluation attempt of the tire thermal skid mark developed during the extreme braking of tired wheels of an ABS-equipped vehicle. In order to increase the active safety during the extreme braking, modern cars are equipped in the braking system including the system optimizing wheel-slide (ABS). The ABS will not allow for 100 % wheel-slide which will not leave any slide marks on the road. In many cases it makes the reconstruction of road occurrences difficult to identify and it might contribute to the safety improvement in traffic. Keywords: tired wheel, skid mark, method Bronisław Kolator Andrzej Olszewski Katedra Budowy, Eksploatacji Pojazdów i Maszyn Wydział Nauk Technicznych Uniwersytet Warmi sko-mazurski w Olsztynie ul. Oczapowskiego 11, Olsztyn kolator@uwm.edu.pl, andrzej.olszewski@uwm.edu.pl Stanisław Walczak Wydział Mechaniczny Politechnika Krakowska, al. Jana Pawła II 37, Kraków . swalczak@mech.pk.edu.pl Stanisław Wolak Firma Cybid sp.j. ul. Ku nicy Kołł tajowskiej 15c/l2, Kraków swolak@cyborgidea.com.pl