Mirosław GIDLEWSKI 2. METODYKA BADAŃ

Transkrypt

1 testy zderzeniowe samochodów w ruchu, rekonstrukcja wypadków drogowych, metody obliczeniowe i programy komputerowe wspomagające rekonstrukcję wypadków drogowych, weryfikacja eksperymentalna metod obliczeniowych GIDLEWSKI Mirosław 1 BADANIA ZDERZEŃ BOCZNYCH SAMOCHODÓW W RUCHU DO WERYFIKACJI EKSPERYMENTALNEJ METOD OBLICZENIOWYCH STOSOWANYCH PODCZAS REKONSTRUKCJI TEGO RODZAJU WYPADKÓW DROGOWYCH W Polsce daje się zauwaŝyć wyraźny brak materiałów weryfikujących eksperymentalnie metody wykorzystywane w programach komputerowych wspomagających rekonstrukcję wypadków drogowych. Tymczasem w sądach zaczynają dominować opinie i ekspertyzy wykorzystujące do rekonstrukcji wypadków drogowych liczne programy komputerowe głównie V-SIM i PC Crash. Pewna (dość liczna) część rzeczoznawców i biegłych sądowych bezkrytycznie traktuje wyniki symulacji komputerowych, nie zwaŝając na liczne i istotne uproszczenia modeli obliczeniowych oraz na niepewność danych wejściowych do obliczeń. W referacie przedstawiono metodykę i oczekiwane efekty badań eksperymentalnych polegających na przeprowadzeniu 6 zderzeń bocznych samochodów w ruchu. Badania zostaną zrealizowane w ramach projektu badawczego własnego nr N N INVESTIGATION ON SIDE IMPACT COLLISIONS IN TRAFFIC CONDITIONS FOR EXPERIMENTAL VERIFICATION OF COMPUTATIONAL METHODS APPLIED IN RECONSTRUCTION OF SUCH KIND OF ACCIDENTS In Poland one can see a visible lack of materials that may experimentally verify methods applied in road accident reconstruction software. Whereas, in legal proceedings dominate expert opinions and reports that use numerous software for road accident reconstruction, mainly V-SIM and PC Crash. A certain (quite numerous) group of experts and forensic engineers uncritically accepts results of computer simulations, ignoring numerous and significant simplifications of computational models as well as input data derived uncertainties. The paper presents methodology and expected results of experimental investigation consisting in carrying out 6 side impact collisions in traffic conditions. The investigation will be carried out within the framework of an research project No. N N WSTĘP Wszystkie wypadki drogowe, a szczególnie wypadki cięŝkie z ofiarami śmiertelnymi (Polska niechlubnie wyróŝnia się w Unii Europejskiej duŝą liczbą tego rodzaju wypadków), 1 Politechnika Radomska, Wydział Mechaniczny, Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn, Radom, ul. Chrobrego 45, Przemysłowy Instytut Motoryzacji Warszawa, ul. Jagiellońska 55, miroslaw.gidlewski@pr.radom.pl, m.gidlewski@pimot.org.pl

2 1116 Mirosław GIDLEWSKI wymagają przeprowadzenia rzetelnej i wiarygodnej rekonstrukcji, w celu ustalenia rzeczywistego przebiegu i przyczyn wypadku oraz wskazania jego sprawców. Niestety w Polsce odczuwa się wyraźny brak wiedzy na temat przebiegu rzeczywistych wypadków drogowych, wiedzy niezbędnej w rekonstrukcji tych wypadków. Skutkuje to długotrwałymi i kosztownymi postępowaniami sądowymi spowodowanymi wykluczającymi się wzajemnie opiniami biegłych na temat tego samego wypadku drogowego. To z kolei powoduje bezkarność sprawców, gdyŝ ustalenie sprawcy wypadku często jest niemoŝliwe. Brak wiedzy praktycznej związanej z wypadkami drogowymi wynika głównie z faktu, Ŝe w Polsce nie prowadzi się badań eksperymentalnych wypadków drogowych. Rzeczoznawcy i biegli sądowi zajmujący się rekonstrukcją wypadków drogowych bazują w zasadzie jedynie na wiedzy teoretycznej i nie mają moŝliwości doskonalenia swoich umiejętności praktycznych. W chwili obecnej zaczynają dominować w polskich sądach opinie i ekspertyzy wykorzystujące do rekonstrukcji wypadków drogowych liczne programy komputerowe, głównie V-SIM i PC Crash. Programy te wykorzystują stosunkowo proste modele obliczeniowe. Ponadto do obliczeń komputerowych wprowadzane są bardzo często wątpliwej jakości wartości liczbowe danych wejściowych. W wielu przypadkach to właśnie niepewne wartości danych wejściowych oraz uproszczone modele obliczeniowe decydują o wynikach obliczeń, które mają niewiele wspólnego z analizowanym wypadkiem drogowym. Niestety znaczna część rzeczoznawców traktuje wyniki symulacji komputerowych jako absolutnie pewne i jedynie moŝliwe. Fakt ten urasta do powaŝnego problemu wymagającego niezwłocznego rozwiązania. Potrzebną wiedzę praktyczną oraz weryfikację metod obliczeniowych stosowanych w rekonstrukcji wypadków drogowych najłatwiej uzyskać w wyniku dobrze zaplanowanego eksperymentu. Dlatego teŝ przygotowano eksperyment badawczy polegający na przeprowadzeniu serii złoŝonych i unikalnych badań polegających na zderzeniach bocznych samochodów w ruchu. Zderzenie boczne samochodów to często występujący w Polsce rodzaj wypadku drogowego. Ponadto zderzenia takie mają często skomplikowany i trudny do przewidzenia przebieg. Trajektorie ruchu samochodów i ich pasaŝerów w czasie zderzenia i po zderzeniu zaleŝą bowiem od wielu słabo zdefiniowanych dotychczas czynników. Wszystko to sprawia, Ŝe rekonstrukcja zderzenia bocznego pojazdów jest bardzo trudna i wymaga zgromadzenia niezbędnej wiedzy. Badania zostaną zrealizowane w Przemysłowym Instytucie Motoryzacji, który posiada duŝe doświadczenie i odpowiednią aparaturę do przeprowadzania testów zderzeniowych samochodów. 2. METODYKA BADAŃ Przygotowano realizację sześciu zderzeń bocznych samochodów w ruchu. Będą to zderzenia boczne prostopadłe. W testach zderzeniowych wykorzystywane będą samochody uŝywane, posiadające jednak nieuszkodzone i nieskorodowane nadwozia, sprawne poduszki gazowe kierowcy i pasaŝera oraz w miarę moŝliwości poduszki i kurtyny boczne. W kolejnych testach zderzeniowych będą wykorzystywane samochody tych samych marek i modeli. W samochodach uderzanych w bok zostaną na fotelach przednich zamontowane manekiny osób dorosłych, a na siedzeniu tylnym manekin dziecka w foteliku. W samochodzie uderzającym w bok drugiego samochodu zamontowane zostaną manekiny

3 BADANIA ZDERZEŃ BOCZNYCH SAMOCHODÓW W RUCHU na dwóch przednich siedzeniach oraz jeden manekin na siedzeniu tylnym. W róŝnych próbach manekiny będą zapięte pasami bezpieczeństwa lub nie. Do podłóg samochodów, w miejscach znajdujących się poza strefami odkształceń, zamontowane zostaną czujniki: odkształceń (tensometry), przyspieszeń i kątów obrotu nadwozi. Czujniki przyspieszeń będą równieŝ zamontowane w głowach i korpusach manekinów oraz na foteliku dziecięcym. Dla potrzeb projektu zaprojektowany został mechanizm pozwalający na rozpędzanie samochodów oraz zderzenia samochodów pod dowolnym kątem. Obydwa uczestniczące w teście samochody będą przed zderzeniem napędzane przez jeden zewnętrzny mechanizm napędowy, co umoŝliwi synchronizację ich ruchu. Konstrukcja mechanizmu pozwala na poruszanie się samochodów z róŝnymi prędkościami. Rozwiązanie umoŝliwia równieŝ precyzyjne usytuowanie samochodów względem siebie w chwili zderzenia. Dodatkowo zaprojektowano i wykonano urządzenie umoŝliwiające zwiększenie ciśnienia płynu hamulcowego w układzie hamulcowym według zadanego przebiegu. Urządzenie będzie uruchamiane w razie potrzeby przez sygnały pochodzące z zewnątrz samochodu i wykorzystywane w testach do wykonywania manewru obronnego w postaci intensywnego hamowania. Wielkościami zadanymi w kaŝdym teście będą prędkości zderzających się samochodów, wzajemne usytuowanie samochodów w chwili pierwszego kontaktu oraz stan pracy ich układów hamulcowych. Planuje się przeprowadzenie dwóch centralnych zderzeń bocznych samochodów, dwóch zderzeń polegających na uderzeniu przodem samochodu w jedną z osi drugiego pojazdu i dwóch zderzeń bocznych naroŝnikowych. Prędkości samochodu uderzającego będą zawierały się w zakresie 40-60km/h, natomiast samochodu uderzanego w zakresie 20-40km/h. W czasie trwania kaŝdego z testów zderzeniowych będą mierzone i rejestrowane: opóźnienia dwóch punktów kaŝdego samochodów względem trzech osi, kąty obrotu nadwozia po zderzeniu względem trzech osi, opóźnienia głów i korpusów manekinów znajdujących się w pojazdach, opóźnienia fotelika dziecięcego oraz głowy i korpusu manekina dziecka, odkształcenia samochodów w wybranych punktach, trajektorie ruchów samochodów i manekinów, prędkości samochodów bezpośrednio przed zderzeniem, prędkości samochodów po zderzeniu. Wszystkie próby będą filmowane przez kilka kamer ustawionych w odpowiednich miejscach, w tym równieŝ przez kamery usytuowane na znacznej wysokości. Specjalne kamery zostaną zamontowane równieŝ wewnątrz pojazdów wykorzystywanych w testach, w celu obserwacji ruchów manekinów. Po kaŝdym teście zderzeniowym miejsce zderzenia, uczestniczące w zderzeniu pojazdy oraz manekiny zostaną poddane badaniom kryminalistycznym, przeprowadzonym według specjalnie przygotowanej w tym celu procedury. Zostaną zidentyfikowane i udokumentowane ślady powstałe wskutek zderzenia na nawierzchni jezdni, na samochodach i na manekinach. Miejsca występowania śladów na jezdni oraz wartości odkształceń samochodów będą ustalane metodą pomiarów, ale równieŝ z wykorzystaniem programów komputerowych transformujących fotografie miejsca zderzenia i fotografie

4 1118 Mirosław GIDLEWSKI uszkodzonych pojazdów. Szczególna uwaga zostanie zwrócona na ślady na jezdni pozwalające ustalić miejsce zderzenia samochodów oraz ślady pozwalające odtworzyć trajektorie ruchu samochodów przed i po zderzeniu. Specjalnej analizie zostaną poddane równieŝ ślady powstałe wewnątrz pojazdu w wyniku przemieszczania się manekinów dorosłych osób, manekina dziecka i jego fotelika. Przeprowadzona zostanie równieŝ analiza medyczna powstałych obraŝeń wywołanych obciąŝeniami dynamicznymi manekinów. Analiza śladów kaŝdego zderzenia pozwoli na ustalenie wartości danych wejściowych potrzebnych do wyznaczenia wielkości wykorzystywanych podczas rekonstrukcji zderzenia bocznego dwóch samochodów, tzn.: trajektorii ruchu samochodów i manekinów, obciąŝeń, manekinów, prędkości samochodów po i przed zderzeniem. Wielkości te zostaną obliczone z wykorzystaniem metod obliczeniowych stosownych przez rzeczoznawców w Polsce. Metody analityczne wykorzystujące modele Marquarda, Burga i McHenry ego- Marquarda zostaną zastosowane do wyznaczenia prędkości samochodów po zderzeniu. Z kolei metody analityczne bazujące na zasadach pędu, krętu i energii zostaną wykorzystane do wyznaczenia prędkości samochodów przed zderzeniem. Symulacje komputerowe realizowanych testów zderzeniowych zostaną przeprowadzone z wykorzystaniem najczęściej stosowanych w Polsce programów wspomagających rekonstrukcję wypadków drogowych tzn. programu V-SIM i programu PC Crash. Porównanie wyników obliczeń z wynikami uzyskanymi w czasie eksperymentu pozwoli na weryfikację i ocenę wykorzystanych metod obliczeniowych. Weryfikowane będą, w przypadku analitycznych metod obliczeniowych, prędkości samochodów bezpośrednio po i przed zderzeniem. W przypadku programów symulacyjnych weryfikowane będą trajektorie ruchu samochodów, trajektorie ruchu oraz obciąŝenia manekinów (ze szczególnym uwzględnieniem relacji dorosły dziecko). Weryfikacja będzie miała charakter interdyscyplinarny. Obejmować będzie, bowiem kryminalistyczną analizę śladów powstałych w wyniku zderzenia samochodów, dynamikę ruchu samochodów oraz medyczną analizę obraŝeń wywołanych obciąŝeniami dynamicznymi manekinów. Przeprowadzona zostanie równieŝ analiza wraŝliwości poszczególnych metod obliczeniowych na zmiany, w praktyce często niepewnych, wartości danych wejściowych do obliczeń. W wyniku zrealizowania przedstawionych wyŝej badań eksperymentalnych powstaną : unikalna baza danych do rekonstrukcji zderzeń bocznych samochodów, prezentacje upowszechniające wiedzę i budujące świadomość uczestników ruchu drogowego na temat zderzeń samochodów w ruchu i skutków takich zderzeń., poradnik zawierający dokumentację opisową, fotograficzną i filmową oraz wyniki pomiarów i obliczeń dla wszystkich przeprowadzonych prób zderzeniowych samochodów. Wyniki badań eksperymentalnych i wyniki obliczeń kaŝdego testu zderzeniowego zostaną w poradniku gruntownie przeanalizowane i skomentowane. Będą więc stanowiły podstawę do rozwijania istniejących i tworzenia nowych modeli obliczeniowych wykorzystywanych w rekonstrukcji rozwaŝanego rodzaju wypadku drogowego. Zakłada się równieŝ, Ŝe wydany poradnik będzie stanowił materiał źródłowy dla rzeczoznawców samochodowych, biegłych sądowych, pracowników towarzystw ubezpieczeniowych oraz policjantów wydziałów ruchu drogowego,

5 BADANIA ZDERZEŃ BOCZNYCH SAMOCHODÓW W RUCHU wykonujących działalność prewencyjną i represyjną. Filmy pokazujące przebieg prób zderzeniowych będą wykorzystywane do podnoszenia stanu świadomości społeczeństwa na temat zagroŝeń wynikających z uczestnictwa w ruchu drogowym. Na testy zapraszani będą przedstawiciele prasy, telewizji, Krajowej Rady Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego, Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa WyŜszego, Wojewódzkich Ośrodków Ruchu Drogowego, Sądów i Prokuratur, towarzystw ubezpieczeniowych oraz stowarzyszeń grupujących rzeczoznawców samochodowych i biegłych sądowych, w celu maksymalnego rozpropagowania prowadzonych w ramach projektu działań, w nadziei, Ŝe rezultaty projektu będą powszechnie wykorzystywane. 3. PODSUMOWANIE Wynik symulacji komputerowej kaŝdego wypadku drogowego, a w szczególności zderzenia bocznego dwóch samochodów, zaleŝy w duŝym stopniu od jakości modeli obliczeniowych wykorzystywanych przez program komputerowy zastosowany do symulacji oraz od poprawności przyjętych wartości liczbowych danych wejściowych. Z uwagi na coraz szersze wykorzystywanie komputerowych programów symulacyjnych w rekonstrukcji wypadków drogowych weryfikacja eksperymentalna wykorzystywanych metod obliczeniowych wydaje się koniecznością nie cierpiącą zwłoki. W referacie opisano program unikalnych, skomplikowanych w realizacji i szeroko zakrojonych badań eksperymentalnych zderzeń bocznych samochodów w ruchu. W ramach realizacji zaplanowanego projektu badawczego: opracowano procedurę przeprowadzania prób zderzeniowych samochodów w ruchu, zaprojektowano i są wykonane mechanizmy prowadzenia i synchronicznego napędzania dwóch samochodów, umoŝliwiające zderzenia pojazdów pod dowolnym kątem z róŝnymi prędkościami, zostaną przeprowadzone badania zderzeń bocznych samochodów w ruchu dla róŝnych prędkości i róŝnych połoŝeń względnych samochodów w chwili pierwszego kontaktu, zostanie przygotowany zestaw filmów pokazujących przebiegi wszystkich testów zderzeniowych z róŝnych punktów obserwacji, zostanie przeprowadzona kryminalistyczna analiza śladów powstałych na jezdni, samochodach i manekinach oraz medyczna analiza obraŝeń wywołanych obciąŝeniami dynamicznymi manekinów dla zderzeń bocznych pojazdów, zostanie przeprowadzona szeroka i gruntowna weryfikacja eksperymentalna i ocena modeli obliczeniowych i programów symulacyjnych wykorzystywanych w Polsce do rekonstrukcji wypadków drogowych, zostaną wskazane wątpliwe dane wejściowe do symulacji komputerowych zderzeń bocznych pojazdów, zostanie przeprowadzona analiza wraŝliwości analitycznych metod obliczeniowych jak równieŝ programów symulacyjnych na zmiany wartości liczbowych danych wejściowych do obliczeń lub symulacji,

6 1120 Mirosław GIDLEWSKI zostanie opracowany poradnik stanowiący materiał źródłowy dla rzeczoznawców samochodowych, biegłych sądowych, pracowników towarzystw ubezpieczeniowych oraz policjantów wydziałów ruchu drogowego. 4. BIBLIOGRAFIA [1] Bakar Kenneth S.: Traffic Collision Investigation. Ninth Edition [2] Brach Raymond. M. and Brach R. Matthew: Vehicle Accident Analysis and Reconstruction Methods. SAE International [3] Huang M.: Vehicle Crash Mechanics. SAE International [4] Hugemann W.: Unfallrekonstruktion Band 1, 2. Verlag autorenteam, Munster [5] Danner M., Halm J.: Technische Analyse von Verkehrsunfallen. Eurotax [6] Praca zbiorowa: Accident Reconstruction. SP-2063 SAE International [7] Kasanicky G.: Crashversuche zur Kreuzungskollision. Accident Reconstruction Conference Group. Wildhaus, Switzerland [8] Prochowski L., Unarski J., Wach W., Wicher J.: Pojazdy samochodowe. Podstawy rekonstrukcji wypadków drogowych. WKiŁ Warszawa [9] Gidlewski M., Jemioł L.: (referat zamawiany) Rekonstrukcja zderzenia dwóch samochodów osobowych - podstawowe zasady i praktyka ich stosowania. III Konferencja naukowo-szkoleniowa Rozwój techniki samochodowej a ubezpieczenia komunikacyjne. Radom [10] Jankowski K.P, Gidlewski M., Jemioł L.: Comparative study of vehicle absorbed energy determination for road accident reconstruction. XVI EVU Annual Meeting Kraków 2007.