7 by EVU Niepewność modelowania typowych manewrów obronnych na przyładzie modeli toowanych w reontrucji wypadów drogowych Dariuz BUŁKA, Staniław WALCZAK, Staniław WOLAK Strezczenie W pracy podjęto próbę ozacowania niepewności wyniów modelowania typowych manewrów obronnych. Wyorzytano w tym celu modele pojazdu o różnym topniu złożoności, toowane w reontrucji. Szczegółowo opiano modele wpółpracy oła ogumionego z nawierzchnią drogi, tóre w decydujący poób wpływają na ruch pojazdu, a co za tym idzie na uteczność podjętych manewrów. W pierwzej części opracowania oncentrowano ię na identyfiacji źródeł niepewności wytępujących w proceie modelowania analizowanych manewrów. w drugiej charateryzowano zatoowane modele. Otatnia część opracowania zawiera porównanie rzeczywitych przebiegów uzyanych podcza badań poligonowych z przebiegami wygenerowanymi przy użyciu pozczególnych modeli matematycznych. Jao manewr porównawczy przyjęto próbę wymuzenia oowego obrotem oła ierownicy. Poddano ocenie parametry wyznaczone na podtawie uzyanych charateryty, oraz podjęto próbę oceny wpływu zatoowanych modeli obliczeniowych na niepewność uzyanych wyniów. 1. Wtęp W proceie reontrucji wypadów drogowych zachodzi onieczność oceny zachowania ię uczetniów zdarzenia w oparciu o wartości wyznaczone na drodze obliczeniowej (model) bądź uzyane bezpośrednio z urządzeń rejetrujących (tachograf, UDS, AD). Niebagatelne znaczenie w tej ocenie powinna mieć świadomość opiniującego o niepewności uzyanych wyniów. Bra taiej świadomości, lub jej niepełność wyniająca z pominięcia czynniów, tóre w poób itotny mogły wpłynąć na wyni, może wypaczyć ocenę potępowania uczetniów zdarzenia zarówno przez biegłego ja i w onewencji przez organy proceowe. Niniejze opracowanie dotyczy jedynie fragmentu zerzego zagadnienia, jaim jet niepewność w proceie reontrucji i ogranicza ię do omówienia niepewności w modelowaniu typowych manewrów obronnych, ze zczególnym uwzględnieniem wpływu modelu opony na przebieg omawianych manewrów. Jao przyładowe wybrano modele opon zatoowane w programie V-SIM. Mając świadomość złożoności modelowanych proceów oraz liczby czynniów warunujących ich przebieg autorzy uierunowali woje działania na identyfiacji źródeł niepewności. Opi ich ma charater ogólny i dotyczy przede wzytim źródeł niepewności wyniających z modelu pojazdu. Podjęto również próbę ozacowania niepewności uzyanych wyniów, przy czym w ujęciu ogólnym ozacowanie to może być tratowane jao ocena jaościowa. Oreślenie waźniów ilościowych na poziomie ogólnym, zdaniem autorów, nie jet możliwe.. Źródła niepewności w modelowaniu ytuacji przedwypadowych. Źródeł niepewności w analizowaniu ytuacji przedwypadowych należy upatrywać w ażdym z elementów modelowanego ytemu człowie-pojazd-otoczenie: Niepewność związana z proceem decyzyjnym oraz proceem reacji pychomotorycznej ierowcy. Niepewność związana ze truturą przyjętego modelu, uprozczeniami i przybliżeniami wyniającymi z przyjętych założeń oraz doładnością ozacowania danych wejściowych. Niepewność związana z niepełną znajomością wpływu warunów środowiowych lub niedoonały pomiar parametrów charateryzujących te waruni. - 1 -
.1 Podytem człowie Niepewność związana z proceem decyzyjnym, oraz proceem reacji pychomotorycznej ierowcy jet w Polce w otatnich latach przedmiotem badań ośrodów nauowych Politechnii Warzawiej i Świętorzyiej. Wynii tych badań przeprowadzonych zarówno w warunach poligonowych ja i w środowiu wirtualnym (ymulator jazdy) wraz z analizą błędu (niepewności) można znaleźć m.in. w publiacjach [11, 1, 13, ]. Zaprezentowane wynii badań uzupełnione o dane publiowane przez ośrodi nauowe ze Stanów Zjednoczonych [4] były podtawą wyznaczenia parametrów modelu ierowcy zatoowanego w programie V-SIM []. w niniejzym artyule zagadnienia te nie będą zczegółowo omawiane.. Podytem pojazd W pratyce opiniowania zdarzeń drogowych do opiu podytemu, jaim jet pojazd wyorzytywane ą modele matematyczne o różnym topniu złożoności. Modele te możemy podzielić zaadniczo na dwie grupy: Modele analityczne. Modele ymulacyjne ruchu i zderzeń pojazdów. Niezależnie od tego, tórą z wymienionych metod zatoujemy do analizy omawianych manewrów możemy w nich wyróżnić obzary (źródła) niepewności związane z: Niepewnością (błędem) metody wyniającą ze trutury przyjętego modelu (uprozczenia i przybliżenia). Niepewnością (błędami ozacowań) parametrów wejściowych do modelu. Wraz ze wzrotem topnia złożoności modelu rośnie liczba czynniów wpływających na uzyiwane wynii, a tym amym liczba źródeł niepewności, tórych parametry trzeba ozacować, począwzy od ilu w przypadu modeli analitycznych do iludzieięciu, a nawet iluet w przypadu programów ymulacyjnych. Metody oreślania niepewności (błędów) modelu Dla modeli złożonych (programy ymulacyjne), jao podtawową metodę zacowania błędu (niepewności) przyjęło ię toować tzw. weryfiację eperymentalną. Porównywanie wyniów (najczęściej przebiegów czaowych wielości charaterytycznych) z modelu z wyniami badań eperymentalnych pozwala ozacować błąd metody wyniający z przyjętych uprozczeń. Warto tutaj nadmienić, że przyjęty wzorzec tanowiący odnieienie dla weryfiowanej metody, jet najczęściej etymatą porównywanej wielości otrzymaną z erii pomiarów prowadzonych w ramach eperymentu. Inną grupę tanowią metody pozwalające ozacować wpływ niepewności (błędu zacowania) pozczególnych parametrów modelu. Należą do nich [7]: Metoda różniczi zupełnej. Metoda wartości rajnych. Metoda probabilityczna. Metoda Monte-Carlo. Metody z wyorzytaniem proceów tochatycznych. W programach ymulacyjnych najczęściej wyorzytuje ię Metodę wartości rajnych, bądź metodę Monte-Carlo. Wymienione metody pozwalają w zybi poób uzyać informację o dopuzczalnym obzarze rozwiązań. Pozotałe z wyżej wymienionych metod znajdują najczęściej zatoowanie w zacowaniu błędu modeli analitycznych. Metody oreślania niepewności (błędów) parametrów modelu Zbiór wielości wejściowych modelu może być podzielony na dwie ategorie w zależności od poobu, w jai zotały oreślone wartości tych wielości i związane z nimi niepewności: wielości, tórych etymaty oraz związane z nimi niepewności wyznaczone ą bezpośrednio z pomiaru. Wartości te można uzyać np. z pojedynczej oberwacji, powtarzanych oberwacji albo na podtawie oceny opartej na doświadczeniu. wielości, tórych etymaty oraz związane z nimi niepewności ą wprowadzane do modelu ze źródeł zewnętrznych, ja np.: wielości związane z wzorcami lub danymi odnieienia otrzymanymi z literatury pecjalitycznej..3 Podytem otoczenie Źródłem błędów omawianego podytemu jet niepewność związana z niepełną znajomością wpływu warunów środowiowych lub niedoonały pomiar parametrów charateryzujących te waruni. w reontrucji zdarzeń drogowych najitotniejzym parametrem środowia wytępujących w modelowaniu ytuacji przedwy- - -
padowych jet tan i rodzaj nawierzchni, po tórej ruch ię odbywał. Na podtawie tych informacji przyjmuje ię wartości wpółczynnia przyczepności, tóry decyduje o wartości ił tycznych działających na pojazd. w przypadu złożonego modelu pojazdu z uwzględnieniem modelu opony wartość tego wpółczynnia jet parametrem wejściowym modelu opony. Poza tą wielością, na ruch pojazdu mogą mieć wpływ: pochylenie podłużne i poprzeczne terenu, podłoże (nieodztałcalne, odztałcalne), loalne nierówności drogi (np. oleiny), prędość i ierune wiatru. Z puntu widzenia wpływu warunów otoczenia na człowiea itotne mogą być: temperatura, ciśnienie, wilgotność powietrza, zachmurzenie, opady atmoferyczne, pora doby. Nietóre z wymienionych czynniów możemy oreślić liczbowo przez pomiar bezpośredni bądź pośredni z podaniem niepewności (błędu) uzyanego wyniu. Inne oceniamy w poób ubietywny odnoząc ocenę danej ytuacji przedwypadowej do włanego doświadczenia, bądź odczuć innych oób oceniających daną ytuację. Z uwagi na rozległość omawianego tematu, zczegółowe przedtawienie wzytich czynniów wpływających na niepewność wyniów modelowania ytuacji przedwypadowych w ramach tego artyułu nie jet możliwe. Ponadto część z prezentowanych zagadnień była już omawiana w publiacjach [5, 7, 8]. w wymienionych pozycjach zaprezentowano m.in. wynii porównania modeli analitycznych i ymulacyjnych o różnym topniu złożoności w oparciu o manewr hamowania i omijania. Kontynuując ten temat w tym opracowaniu zczególną uwagę zwrócono na modele opon toowane w programach ymulacyjnych. Omówienia doonano na przyładzie modeli zatoowanych w programie V-SIM. Uzyane wynii z programu porównano z wyniami badań eperymentalnych. Jao manewr porównawczy przyjęto próbę wymuzenia oowego obrotem oła ierownicy. Próba ta daje możliwość porównania jaościowego, co do charateru uzyanych przebiegów czaowych ja i ilościowego na podtawie waźniów liczbowych charateryzujących daną próbę. Porównywano przebiegi dla pojazdów różnych la o różnych rozmiarach ogumienia. 3. Ogólna charaterytya zatoowanych modeli matematycznych 3.1 Model analityczny W przypadu oceny możliwości ominięcia przezody z wyorzytaniem metod laycznych (obliczenia analityczne) touje ię uprozczone modele obliczeniowe pozwalające oreślić minimalną odległość od przezody pozwalającą na przemiezczenie poprzeczne pojazdu o zdaną wartość. Załada ię ruch protoliniowy w czaie reacji pychomotorycznej ierowcy, a natępnie ruch jednotajny po torze ołowym [4]. Intenywność tego ruchu oreślona jet wartością przypiezenia poprzecznego (wartość graniczna). Przy taich założeniach minimalna odległość od przezody potrzebna do uzyania zadanej wartości przemiezczenia poprzecznego opiana jet zależnością (1): x t + gdzie: r y y g µ p (1) x minimalna odległość od przezody niezbędna do poprzecznego przemiezenia pojazdu o wartość y, y niezbędne poprzeczne przemiezenie pojazdu względem przezody, prędość pojazdu, t r cza reacji ierowcy, µ p wpółczynni przyczepności poprzecznej, g przypiezenie ziemie, 3. Model pojazdu w programie V-SIM Pojazd w programie V-SIM zamodelowano jao uład 5 ciał ztywnych o 1 topniach wobody [1] (nadwozie 6 topni wobody, ażde z ół 1 topień wobody) (ry. 1). y. 1: Model pojazdu - 3 -
3.3 Modele opon. Wpółpraca oła ogumionego z nawierzchnią drogi jet proceem bardzo złożonym. eacja jezdni na oło zależy od bardzo wielu czynniów. Są to m.in.: ontrucja opony i uładu jezdnego, właściwości eploatacyjne (tan bieżnia, ciśnienie w oponie), rodzaj i tan nawierzchni drogi, utawienie oła względem drogi, prędość jazdy, prędość poślizgu, obciążenie pionowe [15, 18, 19, 1,, 6]. W badaniach ymulacyjnych ruchu amochodu toowane ą najczęściej analityczne modele opon: model opracowany przez Dugoffa, Fanchera, Segela [3, 3], a natępnie zmodyfiowany przez Uffelmanna, model zwany Magic Formula opracowany przez Paceję [17] oraz model TM-eay opracowany przez G. illa [9, 1]. Każdy z wymienionych modeli opiuje iły i momenty generowane przez oponę na tyu z nawierzchnią drogi. w wielu programach do ymulacji ruchu pojazdów wytępują modyfiacje wyżej wymienionych modeli. Modyfiacje te polegają najczęściej na wprowadzeniu dodatowych zależności opiujących zjawio aquaplaningu, tóre wiążą prędość aquaplaningu z ciśnieniem powietrza w ogumieniu, głęboością bieżnia i grubością wartwy wody [6]. W otatnich latach w programach ymulacyjnych pojawiły ię również modele opon umożliwiające analizę zjawi wytępujących przy: najechaniu na przezodę, uderzeniu boiem opony w przezodę czy też toczenia ię oła w odztałcalnym podłożu [16]. Przyładem taiego modelu może być Tire-terrain model wchodzący w ład paietu programów ymulacyjnych HVE (Human-Vehicle-Enironment), tórego moduły umożliwiają ymulację ażdego z wyżej wymienionych zjawi. 3.4 Modele opon zatoowane w programie V-SIM Obecnie do programu V-SIM wprowadzone ą dwa modele opon, bazujące na znanych z literatury modelach analitycznych. Pierwzym z tych modeli jet HSI opracowany w Intytucie Bezpieczeńtwa Drogowego Uniwerytetu Michigan przez Dugoffa, Fanchera, Segela [3], a natępnie zmodyfiowany przez Uffelmanna [3]. Drugim jet model TM-Eay opracowany przez G. illa [1]. Modyfiacje tego otatniego dla potrzeb programów ymulacyjnych opiano w pracy [5]. Obliczenie reacji jezdni na i-te oło podzielono na trzy etapy wg [5]: obliczenia geometryczne: wyznaczenie atualnego położenia puntu ontatu opony z jezdnią, wyznaczenia promienia dynamicznego i zatępczego ugięcia opony, wyznaczenie orientacji uładu wpółrzędnych o początu w puncie ontatu i ierunach normalnym do powierzchni drogi, wzdłużnym i poprzecznym, wyznaczenia ładowych wzdłużnej i poprzecznej wypadowej prędości poślizgu, wyznaczenie wartości reacji normalnej jezdni na oło, obliczenia wartości reacji tycznych jezdni na oło: wzdłużnej i poprzecznej, oraz ładowych momentu reacji jezdni na oło. Model HSI Dla wyznaczenia ił powtających na tyu oła ogumionego z nawierzchnią przyjęto model odztałceń bieżnia poazany na ry.. ξ. tgα Przyjęto ponadto, że rozład naciów pionowych w śladzie wpółpracy jet równomierny. Ogólnie można oreślić wartości ił i momentów powtających w tyu oła ogumionego z drogą jao funcje natępujących wielości: F x F f L L F M ( α,, α,, µ,,, ) y x y z gdzie: η α ξ ξ ξ ξ A A ξ. L α inematyczny wpółczynni ztywności poprzecznej, l ξ. y. : Model odztałceń bieżnia opony przyjęty do wyznaczania ił tycznych ξ () - 4 -
L inematyczny wpółczynni ztywności wzdłużnej, α ąt znozenia oła, poślizg obwodowy oła, µ wpółczynni przyczepności, x ładowa prędości środa oła w ierunu wzdłużnym, y ładowa prędości środa oła w ierunu poprzecznym, F z naci normalny, Poślizg obwodowy oła hamowanego wyznacza ię z zależności: r ω 1 d x Wpółczynni pomocniczy oreślany jet natępująco: gdzie: ( L ) + ( L tg α ) S α µ (1 ) (3) (4) y α arc tg (5) x L L L F z α α1+ α (6) Fz tat 1 ( ) g g g 1 tanh.1 g g > g µ µ g x +tg α (7) (8) µ wpółczynni przyczepności dla zerowej prędości poślizgu, L α1, L α parametry opony opiujące iłę boczną. Siłę wzdłużną powtającą w tyu oła z jezdnią opiano zależnością: Fx LS Fz, dla.5 1 (,5) Fx LS Fz dla >.5 ( 1 ) (9) Siłę poprzeczną opiano zależnością: tanα Fy Lα Fz, dla.5 1 tanα (,5) Fy Lα Fz dla >.5 ( 1 ) (1) Schemat obliczania ił tycznych generowanych przez oponę poazano na ry. 3. Fx LS Fz 1 tgα Fy L Fz 1 Fx [N] 3 5 15 1 5..4.6.8 1 x 1 m/h 5 m/h Fz 3 [N] µ 1. L 16 Lα 8 y. 4: Zależność iły wzdłużnej od poślizgu wzdłużnego dla różnych prędości jazdy Fy [N] 3 7 4 1 18 15 1 9 6 3 g F z, F ztat x,, α µ,, L L α1, L α l, c x 1 3 4 5 6 7 8 9 α [deg] Fx LS Fz 1 1 m/h 5 m/h,5 F z 3 [N] µ 1.. L 16 L α 8 y. 5: Zależność iły poprzecznej od ąta znozenia dla różnych prędości jazdy + tg α 1 g jeśli x ' x µ µ 1 tanh(,1 g ) wprzeciwnym przypadu Fz Lα Lα1 + Lα F,5 >,5 ztat ( L ) + ( L tg α ) S α µ (1 ) y. 3: Schemat obliczeń iły przyczepności w modelu HSI tgα,5 Fy Lα Fz 1-5 -
Podtawowe charaterytyi opony, porządzone wg powyżzych zależności poazano na ry. 4 i 5. Model TM-Eay Model TM-Eay umożliwia aproymację rzeczywitych charateryty opony za pomocą funcji lejanych [1]. Model ten zmodyfiowano poprzez uwzględnienie wpływu wpółczynnia przyczepności oraz ciśnienia pompowania na iły generowane przez oponę. Przyjęto, że wpółczynni przyczepności zależy od prędości poślizgu wg [5]. Założono liniowy wpływ ciśnienia pompowania na ztywność pionową, wzdłużną i poprzeczną opony oraz wpółczynnii odporności na znozenie. σ M df, σ, M M M 1+ σ df + σ FM F M F ( F F ) σ ( 3 σ), σ, S M FS > S gdzie: M M S M S (11) p df df + df ( x coϕ) ( y inϕ) pn ( co ) ( in ) µ ϕ + ϕ M xm ym ( co ) ( in ) F µ F ϕ + F ϕ M xm ym ( co ) ( in ) µ ϕ + ϕ S xs ys p ciśnienie powietrza w oponie, p N ciśnienie nominalne. g (1) µ µ e (13) x y xm ym µ wpółczynni przyczepności dla zerowej prędości poślizgu g, wpółczynni zależny od rodzaju i tanu nawierzchni jezdni, df, df, F, F, F, F - wielości charaterytyczne zależne od obciążenia pionowego wyznaczane z zależności: xs ( ) ys ( ) F F FN F FN z F z F( Fz) F( FN ) F( FN ) FN FN (14),,, - wielości charaterytyczne xm ym xs ys zależne od obciążenia pionowego wg zależności: F z ( Fz) ( FN) + ( ( FN) ( FN) ) 1 FN F N obciążenie nominalne opony, y inϕ Fx F coϕ g gdzie: Fy F inϕ x coϕ : g (15) (16) W tabelach 1, zamiezczono wartości parametrów charaterytycznych, tóre pozwalają na wyznaczenie wartości ił tycznych wtępujących na tyu oła z nawierzchnią drogi. Wartości dotyczą opony o rozmiarze 145/7 13 wg [5]. Siła wzdłużna Siła poprzeczna df df x y df x xm F xm xs F xs d df y ym F ym ys F ys d y x FN.5 N 45 N.15.5 N.4.15 N FN 5 N 75 N.18 4.5 N.5 3.8 N Tab. 1: Wielości opiujące iłę wzdłużną, dla opony 145/7 13 F N.5 N 36 N.1.5 N.6.15 N F N 5 N 5 N.4 4.5 N.8 3.8 N Tab. : Wielości opiujące iłę poprzeczną, dla opony 145/7 13 y. 6: Zależność iły wzdłużnej od poślizgu dla różnych wartości iły pionowej. - 6 -
S x y. 7: Zależność iły poprzecznej od poślizgu poprzecznego, dla różnych wartości iły pionowej. y. 1: Zależność iły poprzecznej od poślizgu poprzecznego dla: wpółczynnia przyczepności µ 1, pionowego obciążenia oła Fz 3 N: poślizgu wzdłużnego x,.4,.8,.1,,16. y. 8: Zależność iły wzdłużnej od poślizgu, dla różnych wartości wpółczynnia przyczepności µ, dla pionowego obciążenia oła Fz 3 N. 3.5 Etrapolacja charateryty opony w programie V-SIM Wynii badań eperymentalnych ogumienia wazują na onieczność modyfiacji parametrów modelu opony w zależności od jej rozmiaru. Oreślone na drodze eperymentalnej charaterytyczne parametry modelu opony publiowane były tylo dla ilu rozmiarów i typów ogumienia. w celu uwzględnienia zmiany parametrów dla rozmiarów pośrednich (dla tórych parametry nie ą znane z eperymentu) wprowadzono w programie V-SIM waźni wiążący parametry opony z nośnością opony. Na podtawie tego waźnia oraz atalogowej nośności opony alowane ą charaterytyczne parametry modelu opony. Poprawność tego założenia zweryfiowano eperymentalnie. y 4. Porównanie zatoowanych modeli Do ozacowania niepewności modelowania manewru omijania wyorzytano wynii badań poligonowych amochodu VW Paat i Fiat Seicento. Badania poligonowe wyonane były zgodnie z normą ISO 741-88 [1]. Dla amochodu VW Paat wyonano rozzerzony plan badań, tąd możliwe było porównanie modeli dla różnych prędości jazdy 6, 8 i 1 m/h. y. 9: Zależność iły wzdłużnej od poślizgu wzdłużnego dla: wpółczynnia przyczepności µ 1, pionowego obciążenia oła Fz 3 N i poślizgu poprzeczneg y,.4,.8,.1..16 4.1 Opi próby Próba polega na gwałtownym przejściu z jazdy na wprot z utaloną prędością w jazdę po łuu. Dla amochodów oobowych prędość jazdy oreślona jet na 8 m/h, a prędość obrotowa oła ierownicy w czaie manewru powinna zawierać ię w granicach 5 /. Pod- - 7 -
cza próby pojazd powinien uzyać przypiezenie porzeczne w tanie utalonym o. 4m/. Przyjmując, że nie ma ograniczeń, co do toru ruchu pojazdu, próba ta dobrze odzwierciedla manewr obronny omijania. Uzyane wynii, zarówno, co do parametrów wymuzenia (prędości obrotu ierownicy, ąt obrotu), ja i co do parametrów odpowiedzi (obliczone waźnii) pozwalają conajmniej na jaościową ocenę modeli toowanych w reontrucji wypadów drogowych. Na podtawie przebiegu czaowego prędości ątowej odchylania wyznaczono wg [1, 14] parametry charaterytyczne (ry. 11), łużące do oceny właności pojazdu. δ H δ H gdy prędość ątowa oiągnie wartość maymalną, przewyżzenie dynamiczne prędości ątowej odchylania U ψ &, max wpółczynni wzmocnienia prędości ątowej odchylania względem ąta obrotu ierownicy δ H G ψ & δ H δ ąt znozenia pojazdu w tanie utalonym Sy β atan, Sx waźni właściwości dynamicznych pojazdu T T ψ β B & max. H 5. Wynii badań Podtawowe parametry oceny próby: wartość maymalna prędości ątowej odchylania, max wartość prędości ątowej odchylania w tanie utalonym, cza T odpowiedzi uładu od chwili, gdy wymuzenie oiągnie wartość równą połowie wartości w tanie utalonym, do chwili, gdy prędość ątowa oiągnie 9% wartości w tanie utalonym, cza T max max T T max.5δh.9 y. 11: Odpowiedź amochodu na oowe wymuzenie obrotem oła ierownicy oraz przebieg amego wymuzenia. Podtawowe parametry oceny próby wg [14] odpowiedzi uładu od chwili, gdy wymuzenie oiągnie wartość równą połowie wartości w tanie utalonym, do chwili, t t 5.1 Model analityczny W przypadu modelu analitycznego porównywano trajetorię ruchu uzyaną dla parametrów początowych odpowiadających wartościom wyznaczonym podcza badań eperymentalnych. Jao parametry do obliczeń przyjmowano cza reacji pychomotorycznej ierowcy,8, średnią wartość prędości uzyiwaną podcza próby (zaorągloną do pełnej wartości) oraz wartość przypiezenia poprzecznego w tanie utalonym. Wynii porównania przedtawiono na ry. 1(a, b, c). Wzytie obliczenia przeprowadzono dla maymalnego przemiezczenia poprzecznego wynozącego 3,5 m. y [m] 4, 3,5 3,,5, 1,5 1,,5, -,5, 5, 1, 15,, 5, 3, 35, 4, x [m] Eperyment Model analityczny Symulacja y. 1a: Porównanie trajetori ruchu amochodu VW Paat ( badania poligonowe, ymulacja) z tajetorą obliczoną metodą analityczną, dla: 6m/h, ay4,6m/, t r,8-8 -
y [m] y [m] 4, 3,5 3,,5, 1,5 1,,5, -,5, 5, 1, 15,, 5, 3, 35, 4, 45, 5, 4, 3,5 3,,5, 1,5 1,,5, -,5 x [m] Eperyment Model analityczny Symulacja y. 1b: Porównanie trajetori ruchu amochodu VW Paat ( badania poligonowe, ymulacja) z tajetorą obliczoną metodą analityczną, dla: 8m/h, ay5,6m/, t r,8, 5, 1, 15,, 5, 3, 35, 4, 45, 5, 55, 6, 65, x [m] Eperyment Model analityczny Symulacja VW Paat prędość obrotu ołem ierownicy przyjęto na podtawie badań eperymentalnych na poziomie 35 /. Mara i model odzaj próby Symbol Jedn. VW Paat (B5.5) 1.9 TDI Wymuzenie oowe obrotem ierownicy w lewo Symulacja Eperyment TM-Eay HSI 5/55 16 δ h, [ ] 56 56 56 ψ a y, ψ ' δ h m,5,3,8 5,6 5, 6, 1,5,3,8 U ψ [%] 9 34 31 T ψ [],1,15,15 T ψ max [],37,4,9 β [ ] 1,6 1,98,6 TB [ 1 ],39,79,18 y. 1c: Porównanie trajetori ruchu amochodu VW Paat ( badania poligonowe, ymulacja) z tajetorą obliczoną metodą analityczną, dla: 1m/h, ay7,m/, t r,8 5. Badania ymulacyjne W przypadu badań ymulacyjnych do oceny niepewności modelowania manewru omijania przyjęto próbę wymuzenia oowego obrotem ierownicy. Wynii ymulowanego manewru odnozono do przebiegów czaowych charaterytycznych parametrów ruchu pojazdu uzyanych podcza badań poligonowych. W ymulacji pominięto wymuzenia inematyczne od nierówności drogi oraz założono liniową zmianę ąta obrotu ierownicy do wartości utalonej. Próby ymulacyjne wyonywano dla parametrów początowych odpowiadających parametrom ruchu uzyanym podcza prób poligonowych. W tabelach zetawiono waźnii uzyane z próby wymuzenia oowego obrotem ierownicy. Symulację przeprowadzono dla obu omówionych powyżej modeli ogumienia. Wynii ymulacji porównano z wyniami badań eperymentalnych przeprowadzonych dla amochodu Fiat Seicento i VW Paat. Dla amochodu dlth [rad/] pi ' [rad/] 6, 5, 4, 3,, 1,,,4,35,3,5,,15,1,5,,,5 1, 1,5,,5 3, 3,5 t [] TM_Eay HSI Eperyment,,5 1, 1,5,,5 3, 3,5 t [] TM_Eay HSI Eperyment y. 13: Porównanie przebiegów odpowiedzi amochodu na oowe wymuzenie obrotem oła ierownicy dla amochodu VW Paat. - 9 -
Dla amochodu Fiat Seicento prędość ątowa obrotu oła ierownicy wynoiła 6 /. pi ' [rad/] pi ' [rad/] Mara i model Fiat Seicento.9 odzaj próby Symbol,4,35,3,5,,15,1,5,,4,35,3,5,,15,1,5, Jedn. Wymuzenie oowe obrotem ierownicy w lewo Symulacja,,5 1, 1,5,,5 3, t [] TM_Eay HSI Eperyment,,5 1, 1,5,,5 3, t [] Eperyment TM-Eay HSI 145/7 13 δ h, [ ] 56 56 56 ψ a y, ψ ' δ h m,5,3, 5,5 5, 4,5 1,4,1,1 U ψ [%],34,44,4 T ψ [],11,13,1 T ψ max [],34,36,4 β [ ] 1,6 1,91,7 TB [ 1 ],36,69,16 TM_Eay HSI Eperyment y. 14: Porównanie przebiegów odpowiedzi amochodu na oowe wymuzenie obrotem oła ierownicy dla amochodu Fiat Seicento. 6. Podumowanie Stoowanie modelu analitycznego do oceny ytuacji przedwypadowej polegającej na ominięciu przezody może prowadzić do błędnej oceny zachowania ię ierowcy w analizowanej ytuacji. Przedtawione wynii porównań wazują, że onieczne byłoby uzupełnienie zależności (1) opiującej manewr omijania po torze ołowym o cza naratania przypiezenia poprzecznego do wartości utalonej. Najprotzym z możliwych rozwiązań byłoby dodanie do czau reacji ierowcy średniego czau odpowiedzi (uzyiwanego w czaie badań poligonowych). Dla amochodów oobowych wartość tego parametru zawiera ię w granicach,15,35. Przy pominięciu tego czynnia błąd ozacowania minimalnej odległości potrzebnej do ominięcia, w odnieieniu do badań eperymentalnych i ymulacji, przeraczał 3%. Błąd ten zmienia ię wraz ze zmianą prędości jazdy. Wynii badań eperymentalnych wazują, iż parametry ruchu amochodu ilnie zależą nie tylo od rodzaju i tanu podłoża, ale taże od parametrów ontrucyjnych (ontrucja zawiezenia, uładu ierowniczego itd.) i eploatacyjnych (ciśnienie w ogumieniu, tan bieżnia, tan amortyzatorów, prawidłowa geometria zawiezenia). Uwzględnienie wymienionych czynniów jet możliwe jedynie przy wyorzytaniu złożonych modeli matematycznych toowanych w programach ymulacyjnych. Uzyane wynii wazują, że przy prawidłowo zidentyfiowanych parametrach początowych ażdego z elementów ytemu człowie-pojazdotoczenie, błąd modeli ymulacyjnych jet niewieli i aceptowalny dla zatoowań reontrucji wypoadów drogowych. Jednym z itotnych czynniów wpływających na wynii badań ymulacyjnych, a tym amym na niepewność wyniów, jet dotoowywanie parametrów modelu opony do rozwoju ontrucyjnego i technologicznego ogumienia. Z tego właśnie względu wprowadzono do programu V-SIM model TM-Eay opracowany przez G. illa [1]. Autor wpomnianego modelu w woich opracowaniach publiuje charaterytyczne parametry modelu opracowane na podtawie eperymentalnych badań ogumienia. Dane te można również w proty poób wyznaczyć na podtawie włanych badań. Dla modelu opony HSI wynii podobnych badań nie ą publiowane. Wprowadzenie zróżnicowania charateryty opony w zależności od jej rozmiaru zdaniem autorów pozwala lepiej ocenić poób potępowa- - 1 -
nia ierującego eliminując ytuacje, w tórych ierowca dyponujący pojazdem o lepzych parametrach ogumienia mógł bezpiecznie (bez utraty tateczności) wyonać manewr omijania, podcza gdy ierujący pojazdem o niżzych parametrach ogumienia mógłby być taiej możliwości pozbawiony. Literatura 1. Buła D., Świder P., Model pojazdu zatoowany w programie V-SIM do ymulacji ruchu i zderzeń pojazdów amochodowych. Zezyty Nauowe Politechnii Świętorzyiej, Mechania 79, Kielce 4,. 149-156.. Buła D., Walcza S., Wola S. Antycypacyjny model ierowcy zatoowany w programie do ymulacji ruchu i zderzeń pojazdów V-SIM. Zezyt nauowy Politechnii Świętorzyiej, Mechania 84,.147. Kielce 6. 3. Dugoff H., Fancher P.S., Segel L. An Analyi of Tire Traction Propertie and Their Influence on Vehicle Dynamic Performance. SAE Technical Paper 7377. 4. Day T., D., Metz D., L., The Simulation of Drier input uing a ehicle drier model. SAE paper -1-1313,. 5. Guze M., Lozia Z., Błędy oceny parametrów protoliniowego hamowania amochodu. Zezyty Nauowe Politechnii Świętorzyiej. Mechania 64, część, Kielce 1998. 6. Guze M., Lozia Z., Metody oceny doładności obliczeń wyonywanych w tracie reontrucji wypadów w ruchu drogowym. Zezyty Nauowe Politechnii Świętorzyiej. Mechania 79, Kielce 4,. 43-71. 7. Guze M., Lozia Z., Obzary wiarygodności obliczeń związanych z analizą typowych ytuacji przedwypadowych w ruchu drogowym. VII Konferencja Problemy reontrucji wypadów drogowych organizowana przez IES w Kraowie, Kraów, Zbiór referatów. 99-19. 8. Guze M., Metody wyznaczania błędów obliczeń w analizie wybranych ytuacji przedwypadowych w ruchu drogowym. ozprawa dotora. Politechnia Warzawa, Wydział Tranportu, Warzawa r. 9. Hirchberg W., ill G., Weinfurter H. Uer-Appropriate Tyre-Modeling for Vehicle Dynamic in Standard and Limit Situation. Vehicle Sytem Dynamic, ol. 38 (), pp. 13-15. 1. ISO 741-88 oad Vehicle- Lateral Tranient epone Tet Method. 11. Jureci. Modele ierowcy. Budowa i weryfiacja eperymentalna modelu ierowcy dla analizy ytuacji przedwypadowych. Zezyty Nauowe Politechnii Swiętorzyiej 79, Kielce 4,. 37-48. 1. Jureci., Lozia Z., Stańczy T., Badania manewru omijania pojawiającej ię przezody w warunach badań na torze oraz w ymulatorze jazdy, Zezyty Nauowe Intytutu Pojazdów 1(56)/5, Wydawnictwo Politechnii Warzawiej, Warzawa 5,. 65-77. 13. Jureci., Modelowanie zachowania ierowców w ytuacjach przedwypadowych, ozprawa dotora, Politechnia Swiętorzya, Wydział Mechatronii i Budowy Mazyn, Kielce 5. 14. Kleczowi A. Samochody. Stateczność i Kierowalność. Metody badań, waźnii oceny, wymagania, Projet ZN OB SM, Bielo-Biała 1988. 15. Mitche M. Dynamia amochodu. WKŁ Warzawa 1977. 16. New Tire-Terrain Model. Technical Seion of the Winter 5. EDC Technical Newletter 17. Paceja H. B., Baer E. The Magic Formula Tyre Model. Supplement to Vehicle Sytem Dynamic, ol.1, (1993), pp. 1-18. 18. Praca zbiorowa, Wypadi drogowe. Vademecum biegłego ądowego. IES Kraów. 19. Prochowi L. Mechania ruchu. Pojazdy amochodowe. WKŁ Warzawa 5.. eńi A. Modelowanie działania ierowcy w uładzie ierowcapojazd-otoczenie. Prace Nauowe Mechania, zezyt 184, Oficyna Wydawnicza Politechnii Warzawiej. Warzawa,. 63-79. 1. ill G. Simulation on Kraftfahrzeugen. Vieweg & Sohn Verlaggeellchaft, Braunchweig/Wiebaden 1994.. Sledge N. H., Marhe K. M. Vehicle critical peed formula-alue for the coefficient of friction - A reiew. SAE Paper 971148. 3. Uffelmann F. echenmodell eine eifen für Seiten und Umfangraftübertragung. Intitut für Fahrzeugtechni Braunchweig 1978. 4. Unari J., Zębala J. Zbiór podtawowych wzorów i równań toowanych w analizie wypadów drogowych. IES Kraów 1. 5. Walcza St. Analiza dynamicznych obciążeń elementów niezależnych zawiezeń ół amochodu. Politechnia Kraowa. ozprawa dotora, Kraów 3. 6. Wicher J. Bezpieczeńtwo amochodów i ruchu drogowego. Pojazdy amochodowe. WKŁ Warzawa 4. - 11 -