RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 210633 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 390423 (22) Data zgłoszenia: 11.02.2010 (51) Int.Cl. G09B 9/042 (2006.01) G01M 17/007 (2006.01) A61B 5/18 (2006.01) (54) Makieta samochodu ciężarowego do badań zachowań kierowców (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA, Kielce, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 19.07.2010 BUP 15/10 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 29.02.2012 WUP 02/12 (72) Twórca(y) wynalazku: TOMASZ L. STAŃCZYK, Kielce, PL RAFAŁ S. JURECKI, Kielce, PL MAREK JAŚKIEWICZ, Kielce, PL ANDRZEJ ZUSKA, Mieronice, PL MICHAŁ KARENDAŁ, Kielce, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Antoni Garstka PL 210633 B1
2 PL 210 633 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest makieta samochodu ciężarowego do badań zachowań kierowców w sytuacjach wypadkowych. Podczas badań symulowanych sytuacji wypadkowych wykorzystywane są makiety imitujące rzeczywiste obiekty. Ma to miejsce zwłaszcza w sytuacjach, kiedy wykorzystanie rzeczywistych obiektów w czasie badań mogłoby stwarzać niebezpieczeństwo utraty zdrowia lub życia dla osób biorących w nich udział bądź też pociągać zniszczenia sprzętu badawczo - pomiarowego a także generować wysokie koszty tych badań. W tego typu badaniach istotne jest, aby nie tylko makieta i cała sytuacja wyglądała możliwie realistycznie, ale również to, aby budowa makiety pozwalała na zderzenia z nią z możliwie wysokimi prędkościami. Istotne przy tym jest zabezpieczenie bezpośrednie badanych kierowców przed skutkami zderzenia z makietą. Ważne też jest, aby makieta zachowywała kształt w trakcie ruchu i bezpośrednio przed ewentualnym zderzeniem, aby nie powiewała fałdowała się i nie skręcała. Takie wymagania pozwalają na prowadzenie prób bez konieczności zmiany parametrów. Do badań sytuacji zagrożenia wypadkowego wykorzystywane są różne makiety. Często są one wykonane ze styropianu, czy też wykonane z folii PE wypełnionej powietrzem. Makiety takie mimo, że są stosunkowo tanie, posiadają jedną podstawową wadę. Wadą tą jest ich ograniczona trwałość i dlatego też nie można ich wykorzystywać w badaniach, w których mamy do czynienia z duża ilością prób (ewentualnych zderzeń). W niektórych przypadkach zastosowany do badań rodzaj makiety powoduje znaczne ograniczenie prędkości jazdy samochodów badawczych. Znane są badania (Krause R., de Vries N., Friebel W.-Ch., Mensch und Bremse in Notbremssituationen mit Pkw - neue Erkenntnise zu Prozesszeiten beim Bremsen. Teil 1. Ferkehrsunfall und Fahrzeugtechnik, Nr 6/2007, S.164-171), w których rolę przeszkody - makiety wypełniał rowerek dziecięcy, w którym niektóre elementy oklejono taśmami ochronnymi. W badaniach tych udało się uzyskać pełne zaskoczenie kierowców, ale zrealizowano je na uliczce osiedlowej z ograniczeniem prędkości do 30 km/h. W pracy McGehee D.V., Mazzae E.N., Baldwin G.H.S.: Driver reaction time in crash avoidance research: validation of a driving simulator study on a test track. Proceedings of the 14 th Triennial Congress of the International Ergonomics Association and the 44 th Annual Meeting of the Human Factors and Ergonomics Society (lea 2000), San Diego/USA, (6) 2000, opisano badania, w których na torze symulowano prostopadłe wtargnięcie samochodu na skrzyżowanie. Pełnowymiarowa foto-makieta przyklejona na tworzywie piankowym była wciągana na linie przez inny samochód. Badania przeprowadzono wprawdzie przy wysokiej prędkości jazdy samochodu testowego - 72,4 km/h (45 mph), ale odległość w czasie od przeszkody wynosiła 2,5-3,0 s., co w praktyce zapewniało z dużym prawdopodobieństwem możliwość uniknięcia zderzenia, lub bardzo słabe uderzenie w końcowej fazie hamowania, gdy prędkość była już niska. Znane jest też wykorzystywanie makiet typu balon. Są to makiety zgrzane z grubej folii i nadmuchiwane, mające w uproszczeniu kształt sylwetki samochodu i jego gabaryty. Takie makiety zostały wykorzystane w pracach Schom M., Quer- und Langsregelung eines Personenkraftwagens fur ein Fahrerassistenzsystem zur Unfallvermeidung. Dissertation. Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Verkehrstechnik/Fahrzeugtechnik Nr.651, 2007 oraz Stahlin U., Eingriffsentscheidung flir ein Fahrerassistenzsystem zur Unfallvermeidung. Dissertation. Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Verkehrstechnik/Falirzeugtechnik Nr.683, 2008. makiety wykorzystano do realizacji dwóch scenariuszy badań, określonych, jako: 1 - gwałtowne hamowanie ; 2 - gwałtowne omijanie. Z kolei w pracy Jansson J., Johansson J., Gustafsson F., Decision Making for collision avoidance systems. SAE Paper 2002-01-0403 wykorzystano tego typu makietę do zrealizowania kilku scenariuszy badań. W tych badaniach makietę wciągano na pas ruchu przy pomocy liny. W literaturze można znaleźć jeszcze inne metody przeprowadzania tego typu testów - np. sprawdzenie sposobu reagowania kierowców na nagle pojawiającą się przeszkodę. Rolę makiety wypełnia w tym przypadku wrzucone nagle na tor jazdy sześcienne pudło. Takie badania znane są z pracy Hillenbrand J., Fahrerassistenz zur Kollisionsvermeidung. Dissertation. Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Verkehrstechnik/Falirzeugtechnik Nr669, 2008. Kłopoty związane ze skonstruowaniem makiet umożliwiających zderzenia z dużymi prędkościami, które byłyby bezpieczne dla testowanych kierowców, a zarazem nie ulegałyby uszkodzeniu po każdej kolizji powodują że w badaniach zachowań kierowców w sytuacjach przedwypadkowych bardzo chętnie
PL 210 633 B1 3 stosowane są inne metody. Pierwsza - to zastosowanie, jako bodźca, na który trzeba reagować, specjalnych stymulatorów w postaci układu lampek przyklejanych na przedniej szybie poruszającego się po drodze samochodu. Druga, to przenoszenie badań do środowiska wirtualnego - czyli symulatorów jazdy. Obie te metody są jednak często krytykowane. Pierwsza, za zastosowanie bodźca prostego - kierowca nie analizuje sytuacji, druga - za sztuczność sytuacji i świadomość kierowców, że mogą wykonywać nawet manewry ekstremalne, bo nic im absolutnie nie grozi. W tego typu badaniach istotne jest, aby nie tylko makieta i cała sytuacja wyglądała możliwie realistycznie, ale również to, aby budowa makiety pozwalała na zderzenia z nią z możliwie wysokimi prędkościami. Realistyczne odwzorowanie sytuacji wypadkowej stanowi podstawowy problem w badaniach zachowania się kierowcy (np. czasów reakcji) w sytuacjach zagrożenia. Aby wyniki pomiarów mogły być wykorzystywane później np. w praktyce rzeczoznawczej, próby takie muszą możliwie dokładnie odwzorować rzeczywiste sytuacje drogowe. Ważne jest, więc zarówno zapewnienie odpowiedniego otoczenia, ale również takie ukształtowanie makiety, aby możliwie dokładnie odwzorowała rzeczywisty obiekt w tym przypadku sylwetkę samochodu ciężarowego. Aby to było możliwe należy zachować w miarę możliwości rzeczywiste wymiary samochodu ciężarowego. Realizacja badań w takiej sytuacji wymaga zachowanie naturalnej wielkości przeszkody, co z kolei powoduje, że w przypadku samochodu ciężarowego jej dokładne odwzorowanie może nastręczać wiele problemów. Zachowanie odpowiednich wymiarów może wiązać się koniecznością tworzenia makiet zarówno o dużych gabarytach identycznych z wymiarami samochodu ciężarowego, jak również ze znaczna masą makiety. Stosunkowo duża masa makiety z kolei może znacząco utrudniać ruch makiety - rośnie bezwładność układu - a co za tym idzie również prędkość wysuwania się makiety jest trudna do osiągnięcia, powinna być zbliżona do parametrów prędkości uzyskiwanych w normalnym ruchu drogowym. W takiej sytuacji należy szukać kompromisu pomiędzy dwoma pozornie przeciwstawnymi postulatami: jak najmniejszą masą makiety a odpowiednią wytrzymałością na uderzenia, odpornością na warunki atmosferyczne np. wiatr. Podczas badań zachowania się kierowców np. wyznaczania czasów reakcji na zaistniałe zagrożenie doprowadza się do sytuacji, w których kierowca zmuszony jest do działań gwałtownych a nawet panicznych. Warunkiem niezbędnym przeprowadzenia takich prób jest jednak zapewnienie mimo występowania takich zagrożeń 100% bezpieczeństwa sprzętu i osób biorących w nich udział. Makieta nie może powodować zagrożenia kierowcy poruszającego się samochodem uczestniczącym w badaniach w razie ewentualnego: uszkodzenia przodu samochodu, zaczepienia samochodu o przeszkodę lub w czasie innych form utraty sterowności i kierowalności samochodu w trakcie próby. Konstrukcja powinna zapewnić odchylenie makiety adekwatne do kierunku działania sił czołowych i bocznych w czasie zderzenia samochodu z makietą. Autorzy niniejszego rozwiązania wykorzystali w takich badaniach autorską makietę, umożliwiającą symulowanie najróżniejszych sytuacji drogowych bez obawy zaistnienia niebezpiecznych następstw dla użytego sprzętu i osób badanych. Makieta, zwłaszcza samochodu ciężarowego do badań zachowań kierowców, charakteryzuje się tym, że składa się z modułów w postaci prostopadłościennych pokrowców wypełnionych materiałem gąbczastym, korzystnie pianką poliuretanową i umocowanych przegubowo do belki mocującej zainstalowanej przesuwnie na konstrukcji nośnej, przy czym każdy z modułów posiada przewężenie dzielące go na część górną i część dolną tworzące przegub. Część dolna modułu przedzielona jest na kilka węższych elementów a płaszczyzny styku tych elementów posiadają wykończenie ułatwiające przemieszczanie się względem siebie, korzystnie skajem. Makieta posiada wzmacniające pasy zszyte z tkaniną pokrowca, przy czym pasy te są na całej długości modułu. W górnej warstwie modułu makieta posiada wzmocnienie w postaci sklejki, przez które moduł jest umocowany do części ruchomej zawiasu. Wypełnienie gąbczaste pokrowców jest zabezpieczone przed wpływem wilgoci. Makieta posiada naniesiony zarys sylwetki samochodu ciężarowego, korzystnie w postaci wielkoformatowego wydruku zdjęcia rzeczywistego samochodu. Makieta posiada drugą część w postaci powłoki uzupełniającej gabaryty pojazdu umocowanej przesuwnie do konstrukcji nośnej równolegle do toru przesuwu modułów. Powłoka uzupełniająca wykonana jest z plandeki. Powłoka jest umocowana do kątownika połączonego z wózkami usytuowanymi w szynie umocowanej do konstrukcji nośnej. Do kątownika umocowany jest zderzak współpracujący z drugim zderzakiem umocowanym do belki. Dolna część powłoki uzupełniającej posiada rozcięcia dzielące na fragmenty. Na powłoce uzupełniającej gabaryty samochodu naniesiony zarys sylwetki
4 PL 210 633 B1 samochodu ciężarowego, korzystnie w postaci wielkoformatowego wydruku zdjęcia rzeczywistego samochodu, uzupełniający zarys samochodu. W rozwiązaniu według wynalazku bezpośrednio na uderzenia podczas prób narażona jest zasadniczo pierwsza część makiety wykonana z pianki poliuretanowej obszytej tkaniną z naklejoną na jej powierzchni bocznym wydrukiem widoku przedniej części samochodu ciężarowego. Druga część makiety zasadniczo nie powinna być uderzana pojazdem badawczym, jednak przyczynia się do pełniejszego odwzorowania sytuacji kolizyjnej. Rozcięcia dolnej części plandeki ułatwiają przejazd pojazdem badawczym pod makietą. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok czołowy stanowiska badawczego z zainstalowaną makietą fig. 2 - widok segmentów makiety, fig. 3 - budowę segmentu makiety, fig. 4 - widok umocowania segmentu makiety do belki, fig. 5 - widok boczny makiety z zaznaczonym górnym mocowaniem możliwością odchylenia segmentu, fig. 6a do fig. 6e - kolejne fazy kontaktu pojazdu badawczego z makietą i przejazd pod makietą, fig. 7 - widok umocowania drugiej części makiety a fig. 8 - schemat przemieszczania się makiety na konstrukcji nośnej. Makieta składająca się z części pierwszej 1 i drugiej 2 zainstalowana jest na konstrukcji nośnej 3 stanowiska badawczego. Sama konstrukcja za wyjątkiem części umieszczonej nad jezdnią znajduje się za zasłonami 4, 5 wykonanymi z plandek. Ważne jest to, że bez względu na to, w które miejsce makiety uderzy pojazd w czasie prób, odchylać się będą tylko te części makiety, na które działają obciążenia. Pierwsza część makiety samochodu ciężarowego składa się z jednakowych modułów 6. Każdy moduł 6 makiety składa się z części górnej G o kształcie prostokąta oraz części dolnej D podzielonej na kilka węższych elementów. Moduły te wykonane są z pianki poliuretanowej a wysokość ich górnej części jest uzależniona od wysokości pojazdu biorącego udział w badaniach. Powinna ona być tak dobrana, aby jej dolna krawędź znajdowała się powyżej górnej krawędzi dachu badanego samochodu. Pianka poliuretanowa przed wsunięciem do uszytych rękawów pokrowca jest zapakowana w folię, tak aby zabezpieczyć materiał makiety, w szczególności piankę, przed chłonięciem wilgoci w przypadku wystąpienia złych warunków atmosferycznych w czasie badań. Wilgoć bowiem mogłaby spowodować znaczące zwiększenie masy własnej makiety co spowodowałoby zwiększenie bezwładności makiety. W celu ułatwienia możliwości wzajemnego przesuwania się poszczególnych elementów, ich boki 8 obszyte zostały skajem. Część dolna modułu może mieć dowolną wysokość, przy czym powinna ona zostać tak dobrana, aby samochód osobowy mógł przejechać nie uderzając przy tym bezpośrednio w część górną makiety. Część dolna połączona jest z częścią górną wahliwie za pomocą przegubu uzyskanego przez przewężenie. Dodatkowo, segmenty posiadają wzmocnienia 7 z pasów parcianych zszytych z tkaniną pokrowca na całej długości modułu. Pasy te mają za zadanie dodatkowo wzmacniać poszczególne elementy makiety i zabezpieczać je przed ich obciąganiem się wskutek przebytych uderzeń. Ten sposób zabezpieczenia został pozytywnie zweryfikowany podczas przeprowadzonych badań. Powierzchnie boczne elementów 8 dolnych zostały wykonane ze skaju, celem zapewnienia łatwego przemieszczania się względem siebie tych elementów. Każdy moduł pierwszej części makiety jest zamocowany do mocującej belki 9 za pomocą przegubów jednokierunkowych typu zawias 10. Zawiasy 10 połączone są na stale z belką mocującą (9), zaś z drugiej strony do poszczególnych modułów zamocowane są za pomocą elementów złącznych 12 do sklejki 11 usztywniającej górną część każdego z modułów 6 makiety. Na fig. 5 przedstawiono widok boczny segmentu makiety z zaznaczonym górnym mocowaniem do głównej belki mocującej 9. Pokazano możliwość jej ruchu względem belki uzyskany dzięki zastosowaniu zawiasy 10. Dla uproszczenia na rysunku nie zaznaczono dolnej części makiety. Kąt wychylenia górnej części makiety wynosi około 30 stopni. Materiał obiciowy dla usztywnienia makiety został naciągnięty a jego końce przymocowane do sklejki 11, szczególnie mocno w miejscach gdzie występowały pasy parciane. W ten sposób uzyskano możliwość niezależnego ruchu zarówno powierzchni górnej modułu, jak i elementów części dolnej D w przypadku zderzenia z samochodem.
PL 210 633 B1 5 Ponieważ każdy z modułów wchodzących w skład części A makiety posiada niezależne mocowanie przegubowe do górnej belki, więc ewentualne uderzenie w makietę powoduje, że odchyleniu i odkształceniu ulegają tylko elementy, na które bezpośrednio działa siła uderzenia. Pozostałe elementy nie zmieniają swojego położenia. Na fig. 6a do fig. 6e przedstawiono przykład zderzenia z samochodem i poszczególne fazy ruchu makiety. Ważnym elementem działania makiety są dodatkowe urządzenia zamontowane na samochodzie, ułatwiające przemieszczanie się makiety po nadwoziu samochodu osobowego. Na fig. 6a uwidoczniono moment przed uderzeniem pojazdu w makietę, na fig. 6b - niewielkie odchylenie się części dolnej makiety, na fig. Fig. 6c - odchylenie się części dolnej oraz górnej makiety, na fig. 6d - maksymalne odchylenie części dolnej makiety a na fig. 6e - przetaczanie się części dolnej makiety po nadwoziu samochodu. Bardzo ważnym aspektem w trakcie badań jest zapewnienie możliwie najlepszego odwzorowania rzeczywistych warunków. Makieta obszyta materiałem tapicerskim nie wywołuje u kierowców żadnych skojarzeń z rzeczywistymi obiektami, jakie można spotkać na drodze. Dlatego też przewidziano oklejenie makiet wielkoformatowym wydrukiem kolorowym w skali 1:1 na folii samoprzylepnej. Istnieje wtedy możliwość dowolnego wyboru widoku danego obiektu badań. Takie wykończenie makiety jest stosunkowo tanie, wytrzymuje kilkaset uderzeń, potwierdzonych w czasie badań oraz umożliwia szybką zmianę wystroju i sylwetki makiety bez konieczności wykonania nowej makiety. Zachowanie się makiety podczas zderzenia jest najistotniejszym, ale nie jedynym warunkiem poprawnej pracy makiety. Ponieważ makieta porusza się ruchem przyspieszonym zachodzi obawa przed odkształcaniem się poszczególnych elementów w czasie jej ruchu. Konstrukcja makiety przeciwdziała takim zachowaniom. Górna część makiety jest całkowicie odporna na przesuwanie się makiety z dużymi prędkościami. W przypadku części dolnych makiety grubość pianki poliuretanowej została tak dobrana, aby następowało wzajemne blokowanie się poszczególnych elementów. W czasie ruchu makiety, w przypadku zderzenia z samochodem następuje skręcanie na poszczególnych przegubach najbardziej obciążonych elementów. Zabezpiecza to całą konstrukcję przed obciążeniami udarowymi. Ważnym aspektem konstrukcji makiety jest odporność na warunki atmosferyczne. Wykorzystywanie takich makiet na stanowiskach ustawionych na zewnątrz nie pociąga za sobą żadnych problemów ze względu na odporność na powiewy wiatru do około 5 m/s, odporność na przemoczenie w przypadku opadów deszczu. Jeśli by wystąpiły opady deszczu, zmoczeniu uległaby jedynie zewnętrzna część makiety, wnętrze zaś pozostaje suche. Na fig. 7 przedstawiono drugą część B makiety. Zadaniem tej części jest odwzorowanie pozostałej części sylwetki samochodu ciężarowego. Zasadniczo część ta jedynie dopełnia efekt wizualny i nie powinna być uderzana przez samochód badawczy w czasie prób. Ponieważ jednak, mimo takich założeń, uderzenia w szczególnych przypadkach mogą się zdarzyć, ta część makiety wykonana została z plandeki 12, a w dolnej swej części przedzielona rozcięciami na fragmenty 13. Ruch części B makiety umożliwia szyna 14 podwieszona do konstrukcji nośnej 3 stanowiska oraz wózki 15. Wózki zostały połączone od spodu kątownikiem 16, do którego zamocowano plandekę 12. Podobnie jak część Ą, część B makiety może być oklejona dowolnym wydrukiem wielkoformatowym. Schemat przemieszczania się części A i części B makiety przedstawia fig. 8. W chwili początkowej obie części makiety są nieruchome I. Znajdują się one za zasłoną stanowiska badawczego, więc są niewidoczne dla kierowcy znajdującego się w pojeździe testowym. Po uruchomieniu makiety część A, tylko ona jest napędzana, przesuwa się osiągając określone wychylenie na tor jazdy pojazdu badawczego - etap II. W tym położeniu wystający element 17a głównej belki mocującej 9 części A makiety styka się ze zderzakiem 17 przymocowanym na stałe do kątownika 16 i od tego chwili następuje ruch obu części A i B makiety - etap III. Takie rozwiązanie powoduje, że w początkowym stadium ruchu makiety, część B makiety nie bierze udziału. Pomimo że jej masa jest niewielką to szczególnie podczas uruchamiania, kiedy bezwładność układu ma duże znaczenie w aspekcie osiąganych prędkości wysuwania się przeszkody, mogłoby to spowalniać jej ruch. Zastrzeżenia patentowe 1. Makieta, zwłaszcza samochodu ciężarowego do badań zachowań kierowców, znamienna tym, że składa się z modułów (6) w postaci prostopadłościennych pokrowców wypełnionych materiałem
6 PL 210 633 B1 gąbczastym, korzystnie pianką poliuretanową i umocowanych przegubowo do belki mocującej (9) zainstalowanej przesuwnie na konstrukcji nośnej (3), przy czym każdy z modułów posiada przewężenie dzielące go na część górną (G) i część dolną (D) tworzące przegub. 2. Makieta według zastrz. 1, znamienna tym, że część dolna (D) modułu przedzielona jest na kilka węższych elementów a płaszczyzny styku (8) tych elementów posiadają wykończenie ułatwiające przemieszczanie się względem siebie, korzystnie skajem. 3. Makieta według zastrz. 1, znamienna tym, że posiada wzmacniające pasy (7) zszyte z tkaniną pokrowca, przy czym pasy te są na całej długości modułu. 4. Makieta według zastrz. 1, znamienna tym, że w górnej warstwie modułu posiada wzmocnienie (11) w postaci sklejki przez które moduł jest umocowany do części ruchomej zawiasu (10). 5. Makieta według zastrz. 1, znamienna tym, że wypełnienie gąbczaste pokrowców jest zabezpieczone przed wpływem wilgoci. 6. Makieta według zastrz. 1, znamienna tym, że posiada naniesiony zarys sylwetki samochodu ciężarowego, korzystnie w postaci wielkoformatowego wydruku zdjęcia rzeczywistego samochodu. 7. Makieta według zastrz. 1, znamienna tym, że posiada część (B) w postaci powłoki (12) uzupełniającej gabaryty pojazdu umocowanej przesuwnie do konstrukcji nośnej (3) równolegle do toru przesuwu modułów (6). 8. Makieta według zastrz. 7, znamienna tym, że powłoka (12) jest umocowana do kątownika (16) połączonego z wózkami (15) usytuowanymi w szynie (14) umocowanej do konstrukcji nośnej (3). 9. Makieta według zastrz. 8, znamienna tym, że ma zderzak (17) umocowany do kątownika (16) współpracujący ze zderzakiem (17a) umocowanym do belki (9). 10. Makieta według zastrz. 7, znamienna tym, że dolna część powłoki (12) posiada rozcięcia dzielące na fragmenty (13). 11. Makieta według zastrz. 7, znamienna tym, że na powłoce (12) ma naniesiony zarys sylwetki samochodu ciężarowego, korzystnie w postaci wielkoformatowego wydruku zdjęcia rzeczywistego samochodu, uzupełniający zarys samochodu części (a) makiety.
PL 210 633 B1 7 Rysunki
8 PL 210 633 B1
PL 210 633 B1 9
10 PL 210 633 B1
PL 210 633 B1 11
12 PL 210 633 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 4,92 zł (w tym 23% VAT)