PRÓBA OSZACOWANIA ŚLADU TERMICZNEGO POWSTAJĄCEGO PODCZAS HA- MOWANIA POJAZDU KOŁOWEGO

Transkrypt

1 Bronisław Kolator, Andrzej Olszewski, Stanisław Walczak, Stanisław Wolak Próba oszacowania śladu termicznego powstającego podczas hamowania pojazdu kołowego 1 Bronisław KOLATOR - Uniwersytet Warmińsko-Mazurski Andrzej OLSZEWSKI Uniwersytet Warmińsko-Mazurski Stanisław WALCZAK Politechnika Krakowska Stanisław WOLAK Firma Cybid Kraków PRÓBA OSZACOWANIA ŚLADU TERMICZNEGO POWSTAJĄCEGO PODCZAS HA- MOWANIA POJAZDU KOŁOWEGO 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, ślady hamowania, metoda 1. Wprowadzenie Służby policyjne dokumentujące ślady na miejscu zdarzenia drogowego, są zazwyczaj przekonane, że pojazdy wyposażone w układ ABS nie pozostawiają śladów hamowania. Takie podejście sprawia, że stosunkowo często ślady hamowania nie są poszukiwane, a niezwykle cenne informacje o przebiegu zdarzenia w nich zawarte bezpowrotnie tracone. Wielu badaczy podejmowało się problematyki zatrzymywania pojazdu w aspekcie wybranych parametrów hamowania, jak również metod oceny długości drogi hamowania [1, 2, 3]. W trakcie rekonstrukcji wypadku drogowego jednym najważniejszym elementem składowym jest wyznaczenie prędkości jazdy samochodu. Określenie wielkości opisujących proces hamowania samochodu jest jedną z niezbędnych umiejętności rzeczoznawcy dokonującego opiniowania zdarzenia drogowego z udziałem użytkowników ruchu drogowego [4, 5]. Ślady hamowania są wykorzystywane do określenia prędkości jazdy samochodów, w których prędkość nie jest rejestrowana [6, 7]. Starsze rozwiązania układów hamulcowych powodowały, że podczas nagłego hamowania pojazdu dochodziło do zablokowania kół jezdnych, a gdy prędkość postępowa pojazdu była różna od zera, na skutek tarcia suwliwego kół o nawierzchnię, pozostawiały one ślady hamowania. W związku z powyższym autorzy niniejszego opracowania przeprowadzili serię testów hamowania ekstremalnego samochodu osobowego. Celem badań było oszacowanie trwałości śladu termicznego powstającego podczas nagłego hamowania dla ruchu prostoliniowego samochodu dwuosiowego i ewentualnej możliwości jego wykorzystania w rekonstrukcji zdarzeń drogowych. System ABS ze względu na nie zaprzeczalne korzyści w postaci braku blokowania kół, co zapewnia kierowalność pojazdu podczas ekstremalnego hamowania oraz w wielu okolicznościach skrócenie drogi hamowania [8, 9]. Podczas awaryjnego hamowania z układem ABS, poślizg opon zazwyczaj zawiera się w przedziale 10 30%, tj., prędkości kątowe kół nie mogą równać się zero,

2 2 POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZĄDZANIA WIEDZĄ Seria: Studia i Materiały, nr 69, ROK 2014 inaczej nie są zablokowane. 2. Metoda badawcza i aparatura pomiarowa Podczas badań założono, że samochód osobowy porusza się ruchem prostoliniowym na równej, poziomej nawierzchni. Sucha nawierzchnia asfaltowa, tj. pas startowy o długości około 2 km był miejscem badań eksperymentalnych. Do badań wykorzystano samochód Fiat Brava wyposażony w układ ABS (rys.1). Koła pojazdu były wyposażone 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. Ciśnienie w ogumieniu było o wartościach nominalnych. Przed rozpoczęciem pomiarów dokonano wstępne próby jazdy i hamowania pojazdu w celu ustalenia się stanu hamulców i opon, do zbliżonych warunków tych podzespołów podczas jazdy. Rys. 1. Widok ogólny samochodu Fiat Brava użytego w badaniach w trakcie przygotowań do prób [Źródło: opracowanie własne] Pomiary nagłego hamowania przeprowadzono przy czterech prędkościach początkowych o wartościach odpowiednio 60 kmh -1, 75 kmh -1, 90 kmh -1 i 120 kmh -1 (wg wskazania prędkościomierza) do całkowitego zatrzymania pojazdu. Aparatura pomiarowa VBox umożliwiła określenie parametrów ruchu pojazdu poprzez zastosowanie wielosystemowego odbiornika nawigacji satelitarnej GNSS (rys. 2). System ten pozwala ustalić pozycję badanego obiektu z częstotliwością 100 Hz oraz dokładnością mogącą sięgać ±2cm. Chwilowa prędkość i kierunek pojazdu, wyznaczana jest niezależnie od położenia z sygnału satelitarnego na zasadzie efektu Dopplera. Przyspieszenia liniowe i prędkości kątowe względem 3

3 Bronisław Kolator, Andrzej Olszewski, Stanisław Walczak, Stanisław Wolak Próba oszacowania śladu termicznego powstającego podczas hamowania pojazdu kołowego 3 osi były mierzone za pomocą modułu bezwładnościowego IMU. Wielkości sygnałów z urządzeń pomiarowych znajdujących się w pojeździe, który posiadał magistralę CAN, rejestrowano za pomocą w/w aparatury pomiarowej [10]. Rys. 2. Rozmieszczenie aparatury pomiarowej w/na pojeździe [Źródło: opracowanie własne] Chwilowe prędkości kątowe kół jezdnych samochodu rejestrowano przy użyciu stacjonarnej kamery Olympus i-speed TR (rys. 3), która ma możliwość rejestracji obrazu z częstotliwością do klatek na sekundę. W tym celu na bocznych ścianach opon umieszczono znaczniki (rys. 4). Rys. 3. Widok kamery przygotowanej do rejestracji prób hamowania [Źródło: opracowanie własne]

4 4 POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZĄDZANIA WIEDZĄ Seria: Studia i Materiały, nr 69, ROK 2014 Rys. 4. Widok oznakowanego ogumienia kół samochodu podczas prób [Źródło: opracowanie własne] Wszystkie próby hamowania rejestrowano z częstotliwością 200 klatek na sekundę z rozdzielczość obrazu 1280x1024. Użycie do badań kamery Olympus i-speed miało na celu zbadanie możliwości wykorzystania jej do określania wybranych parametrów dynamicznych podczas badań eksperymentalnych. Pozostawiony przez opony samochodu podczas nagłego hamowania na asfaltowej nawierzchni pasa startowego, był rejestrowany ślad termiczny. Zapis śladu termicznego wykonano kamerą termowizyjną Testo T890-2 (rys. 5), której parametry przedstawiono w tabeli 1. Rys. 5. Widok ogólny kamery termowizyjnej [11]

5 Bronisław Kolator, Andrzej Olszewski, Stanisław Walczak, Stanisław Wolak Próba oszacowania śladu termicznego powstającego podczas hamowania pojazdu kołowego 5 Tabela 1. Parametry kamery termowizyjnej Testo T890-2 [11] Lp. Parametr Opis 1 Czułość termiczna (NETD) < 40 mk przy 30 C 2 Pole widzenia/ minimalna odległość ogniskowania 42 x 32 / 0,1 m (obiektyw standardowy) 15 x11 /0.5m (teleobiektyw) 3 Rozdzielczość geometryczna (IFOV) 4 SuperResolution (piksel / IFOV) opcjonalne 1,13 mrad (obiektyw standardowy), 0,42 mrad (teleobiektyw) 1.280x960 pikseli 0,71 mrad (obiektyw standardowy), 0,26 mrad (teleobiektyw) 5 Częstotliwość odświeżania obrazu 33Hz 6 Zakres spektralny 8 do 14µm 7 Zakres temperatury -20 C do 100 C / 0 do 350 C (przełączalny) 8 Dokładność ±2 C, ±2% mierzonej wartości 9 Ustawienie emisyjności/ temperatury 0,01 do 1/ manualne Do określenia długości pozostawionych śladów hamowania wykorzystywano drogomierz kołowy, przyrząd fotogrametryczny oraz aparat fotograficzny Canon. 3. Wyniki badań eksperymentalnych Zapis z kamery wykorzystano do analizy (wyznaczenia) chwilowych parametrów ruchu takich jak: maksymalny kąt przechyłu wzdłużnego, prędkość kątowa przechyłu wzdłużnego, zróżnicowanie prędkości obrotowych kół (znaczniki na kołach) dla osi odciążanej i dociążanej w procesie hamowania. Do porównania wyników badań przyjęto wartość średniego pełnego opóźnienia (MFDD). Taki sposób interpretacji wyników pozwoli odnieść warunki generowania śladu hamowania do tych, które przyjmuje się jako umowne w programach do symulacji ruchu i zderzeń pojazdów. Przykładowy widok śladów hamowania z prędkości 59 km/h do całkowitego zatrzymania przedstawiono na rysunkach 6 i 7, a zmiany rejestrowanych wielkości na rysunku 8. Zmiany rejestrowane wielkości i ślady termiczne podczas hamowania z prędkości 119 km/h przedstawiono odpowiednio na rysunkach 9 i 10. Uzyskane wyniki badań eksperymentalnych zamieszczono w tabeli 2, a w poszczególnych kolumnach umieszczono następujące wielkości: v p prędkość początkowa pojazdu, MFDD średnie pełne opóźnienie, S h08 droga hamowania przebyta przez pojazd od miejsca, w którym opóźnienie wzdłużne osiągnęło wartość 80% MFDD do miejsca zatrzymania się samochodu, S hw zmierzona drogomierzem długość widocznego śladu hamowania.

6 6 POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZĄDZANIA WIEDZĄ Seria: Studia i Materiały, nr 69, ROK 2014 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 [Źródło: opracowanie własne] Rys. 7. Widok śladów hamowania po lewej obraz termograficzny, po prawej obraz rzeczywisty, fotografie wykonane w kierunku przeciwnym do kierunku jazdy [Źródło: opracowanie własne]

7 Bronisław Kolator, Andrzej Olszewski, Stanisław Walczak, Stanisław Wolak Próba oszacowania śladu termicznego powstającego podczas hamowania pojazdu kołowego 7 Rys. 8. Zmiany w czasie prędkości jazdy pojazdu v, opóźnienia a x,sygnału napięcia z włącznika STOP h m [Źródło: opracowanie własne] Rys. 9. Zmiany w czasie prędkości jazdy pojazdu v, opóźnienia a x,sygnału napięcia z włącznika STOP h m [Źródło: opracowanie własne]

8 8 POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZĄDZANIA WIEDZĄ Seria: Studia i Materiały, nr 69, ROK 2014 Rys. 10. Widok śladów hamowania po lewej obraz termograficzny, po prawej obraz rzeczywisty, fotografie wykonane w kierunku przeciwnym do kierunku jazdy [Źródło: opracowanie własne] Na klasycznej fotografii trudno jest jednoznacznie określić długość i szerokość śladów hamowania. Natomiast na obrazie termograficznym można zauważyć ślady obu kół o jednakowej szerokości na całej długości intensywnego hamowania (widoczna linia między śladami hamowania, to złącze nawierzchni asfaltowej). Tabela 2. Zestawienie uzyskanych w wyniku badań eksperymentalnych wartości wielkości podczas hamowania awaryjnego [Źródło: opracowanie własne] v p MFDD S h08 S hw 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 4. Podsumowanie W artykule przedstawiono próbę oszacowania śladu termicznego powstającego podczas ekstremalnego hamowania kół ogumionych pojazdu wyposażonego w układ zapobiegający blokowaniu kół. Zaprezentowano wyniki, wstępnych eksperymentalnych badań dotyczących wyznaczenia śladów ekstremalnego hamowania samochodu z układem ABS. Na podstawie obrazu termowizyjnego, stwierdzono, że jest możliwe określenie długości śladów hamowania, a widoczna długość śladu w porównaniu do drogi pojazdu przebytej w zakresie 10 80% MFDD różni się około 7%. Zmiany termiczne jako ślady hamowania na nawierzchni asfaltowej od chwili wykonania testu hamowania były możliwe do zarejestrowania przez kamerę termowizyjną w przedziale czasowym

9 Bronisław Kolator, Andrzej Olszewski, Stanisław Walczak, Stanisław Wolak Próba oszacowania śladu termicznego powstającego podczas hamowania pojazdu kołowego 9 wynoszącym ok. 15 minut po zdarzeniu. 5. Literatura [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 [2] Guzek M., Lozia Z.: Porównanie różnych metod oceny długości drogi hamowania samochodu. Problemy rekonstrukcji wypadków drogowych. VI Konferencja, Zakopane [3] Guzek M., Lozia Z., Zdanowicz P., Jurecki R. S., Stańczyk 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 , [4] Reza A., Zębala J., Pieniążek W.: Badanie eksperymentalne wybranych parametrów hamowania samochodu osobowego. Problemy rekonstrukcji wypadków drogowych, VI Konferencja, Zakopane [5] Stańczyk T.L., Jurecki R.: Budowa i weryfikacja modelu kierowcy dla analizy sytuacji przedwypadkowych. Czasopismo Techniczne Mechanika Z. 7-M/2004. T. 2, [6] 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 [7] 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 , [8] Świder P., Janczur R., Bułka D.: Prędkość początkowa samochodu a długość ujawnionych śladów blokowania kół. Paragraf na drodze, nr specjalny 10 (ISSN ), Kraków [9] Zaranek K., Kulikowski D.: Ślady kryminalistyczne na miejscu wypadku drogowego z udziałem motocykla. Kwartalnik Policyjny nr 1, Wydawca: Centrum Szkolenia Policji, Legionowo [10] Bułka D., Janczur R., Wach K.: Nowoczesna aparatura pomiarowa do badań podłużnej i poprzecznej dynamiki pojazdów. Paragraf na drodze, nr 11 Wydawnictwo Instytutu Ekspertyz Sądowych, Kraków [11] detektor-640x480-pix-#tab-4 (broszura.pdf, dostęp ). 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

10 10 POLSKIE STOWARZYSZENIE ZARZĄDZANIA WIEDZĄ Seria: Studia i Materiały, nr 69, ROK 2014 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 Warmińsko-Mazurski w Olsztynie ul. Oczapowskiego Olsztyn kolator@uwm.edu.pl andrzej.olszewski@uwm.edu.pl Stanisław WALCZAK Politechnika Krakowska, Wydział Mechaniczny, al. Jana Pawła II 37, Kraków, . swalczak@mech.pk.edu.pl Stanisław WOLAK Firma Cybid sp.j., ul. Kuźnicy Kołłątajowskiej 15c/l2, Kraków, swolak@cyborgidea.com.pl