A baleseti számítások felépítése

Dr. Melegh Gábor egyetemi docens, tanszékvezető Gépjárműszakértői ismeretek, a baleseti számítások felépítése

A baleseti számítások felépítése Egy baleset utólagos feltárásakor a cél mindig a folyamat megismerése, amely a vizsgálat előtt zajlott le. Példaként egy gyalogos elütését választva, ez a folyamat kölcsönhatásokat eredményez az elütött személy és a jármű között, a pálya egy meghatározott helyén és környezetében, arra is kihatva. Az ember-jármű-környezet ebben az összefüggésben egy rendszert alkot, amely a baleset előtt és a baleset után egy meghatározott állapotban van. "A"-val jelölve a balesetet megelőző és "E"-vel jelölve a balesetet követő állapotot, akkor a baleset során: A - - -> E jelképes folyamat zajlik le. A két állapot között döntő módon anyagi változás megy végbe, amely a keletkező, kialakuló nyomok formájában "S" jelölhető meg. Jelképesen irható tehát: E=A+S Az elméleti kifejezésben "S" mindazon anyagi változásokat tartalmazhatja, amelyek a rendelkezésre álló nyomvizsgálati, bűnügyi technikai módszerekkel értékelhető és a kezdeti állapot, végállapotba jutását eredményezheti. A vizsgálat során célszerű, ha a lehetséges mikroszkopikus anyagmaradványoktól a durvább roncsolódásokig terjedő elváltozásokat a három lényeges alapelem tükrében, az ember (P), a jármű (F) és a környezet (U) rendszerezésében értékeljük. Ez a vizsgálat lehetővé teszi egy un. "nyommátrix" megalkotását, ahol a sorok az i-edik nyomot előidéző, az oszlopok a nyomot hordozó paramétereket tartalmazzák. Így rendszerezve már a közlekedési baleset helyszínén kutathatók a lehetséges elváltozások, csökkentve annak lehetőségét, hogy valamely nyom elkerülje a balesetet helyszínelő szemlebizottság figyelmét. A nyommátrix szükség esetében kiegészíthető további sorokkal és oszlopokkal, melyek több gyalogos elütésekor, vagy ugyanazon gyalogosnak több jármű általi elütésekor lehetnek szükségesek, de hasonlókép kialakítható egy nyommátrix járművek ütközése során is. A baleset előzményeinek feltárásához a kiinduló helyzet és állapot "A" megismerése szükséges. A baleset helyszínén a nyomok "S" és a végállapot "E" igényes és körültekintő vizsgálattal megtalálhatók, felkutathatók. A kiindulás jelképes jelöléséből: A=E-S kifejezés irható, azaz a végállapotból és a nyomokból a kezdeti állapot elméletileg kimunkálható. Ez a folyamat nem más mint a baleset rekonstrukciója. A baleset helyszínén keletkező nyomok, elváltozások kutatásakor arra is figyelemmel kell lenni, hogy : • a nyomok jellegéből fakadóan vannak csak rövid ideig fellelhető (pl. vizes útfelületen keletkező guminyom) és állapotukat elfogadható mértékben megőrző (pl. száraz útfelületen egy vészfékezés guminyoma) nyomok is.

Budapest, 1998…2002

2


• a nyomok egy része egyszerűbb eljárással csak a helyszínen, más része akár a helyszínelés után, megfelelőbb körülmények között is értékelhető a nyomok között van szabad szemmel, megfelelő gyakorlattal értékelhető és speciális felszerelést igénylő nyom is. Egy baleset vázolt megismerési folyamatában, az egyszerűbb baleset (egy gyalogost üt el egy jármű) során a következő lényegesebb nyomcsoportok különböztethetők meg: 1. Az elütött személyről a járműre kerülő nyomok; emberi szőr, haj, bőr, szövet, vér, nyál, testnedv maradványok, a ruházat nyomai és lenyomata, a gyalogosnál levő személyi tárgyak (kalap, táska, szemüveg, esernyő, stb.) nyomai, 2. A személyről a környezetre kerülő nyomok; gyakorlatilag az előző felsorolással megegyezők, az elütött személy baleset előtti mozgására és elütés utáni kényszermozgására utaló nyomok, (dinamikus cipőtalp-csúszási nyom, földön-csúszási nyom) 3. A járműről a gyalogosra kerülő nyomok; lakk, festék, por, olaj, rozsda, műanyag maradványok, jellegzetes alkatrészek lenyomata (rendszám, hűtőmaszk, disz) azonosítható alkatrészek sérülésokozása (pl. vészhárító) 4. A járműről a környezetre kerülő nyomok; a jármű fékezési, sodródási, csúszási nyomai, az elütés következtében leváló alkatrészek, anyagmaradványok (lakk, festék, üveg, olaj, tüzelőanyag, sár, rakomány, stb.) esetleges továbbmozgás során létrehozott elváltozások (pl. villanyoszlop, kerítés, másik jármű rongálása, stb.) 5. A környezetről az elütött személyre kerülő nyomok; elütés előtti haladásra utaló nyomok (por, sár, növényzet, stb.) a gyalogos további sérüléseit okozó környezeti jellemzők (pl. a földből kiálló valamely tárgy, stb.) 6. A környezetről a járműre kerülő nyomok; a környezet jellegéből fakadó nyomok (por, szennyeződés, föld, növényzet, stb.) a jármű rongálódást előidéző esetleges nyomok, karcolás, porletörlés, deformáció, stb.) Egy baleset előzményeinek feltárása többféle módon lehetséges, mely módszerek a szolgáltatott információk mennyisége, objektivitástartalma, bizonyító ereje következtében akár jelentősen is eltérnek egymástól. Tapasztalati nyilatkozat

A nyilatkozatot tevő szakmai ismerete, tapasztalata alapján pl. a sebességét becsli, az elütés helyét egyszerűbb információk alapján értékeli. Amennyiben ez nem ismert (vagy vitatott), úgy arra általában nem nyilatkozik. Bizonyítási eljárás során ez a módszer már nem elégséges. Kísérlet

Konkrét baleset vizsgálatára alig alkalmazott eljárás. A gyalogoselütési kísérleteket általában autógyárak, balesetvizsgáló központok végeznek, valamely szűkített vizsgálati cél érdekében. (Pl. a jármű elejének kialakítása, a fejbecsapódás várható helye, stb.) A kísérletekből bizonyos következ-


3


tetések vonhatók le valós balesetek kimenetre, várható alakulására. A nagyszámú megfigyelés, kísérlet értékes általános tapasztalatokat, várható gyalogosmozgásokat szolgáltatnak a kísérletek előre felkészült, korszerű, műszerezett, dokumentált környezetében. A kísérletek végrehajtásának alapvető céljai: valós balesetek megismerési folyamatának segítése, a kísérletek és a valós balesetek közötti kapcsolat feltárása, adott járműparaméter megváltoztatásának hatása, széria gépjármű javítási lehetősége a gyalogos jobb védelme szempontjából, biomechanikai tűrőképesség, tipikus sérüléskategóriák megismerése. A kísérletek előnye többek között az eredmények reprodukálhatósága kielégítő tűréshatáron belül lehetséges. A vizsgált paraméterek leszűkítésével jellemző összefüggések feltárhatók, mérési eredmények és orvosi megállapítások összekapcsolhatók, Matematikai szimuláció

A matematikai modellezés alkalmával a baleset körülményeit az elméleti mechanika és matematikai módszerekkel leirt jármű (gyalogos) modell segítségével lehet vizsgálni, prognosztizálva a várható eseményeket. A matematikai eljárás alkalmazása több előnnyel is jár, mint pl.: a modell felépítése engedte mértékben a bemenő adatok változtatása és annak hatása egyszerűbb módon vizsgálható, azonos bemenő adatokkal jól reprodukálható, az eredmény független a végrehajtás idejétől, a matematikai szimuláció gyakorlatilag veszélytelen. A szimuláció által nyújtott eredmény pontossága a matematikai modell felépítésétől, a megfelelő bemenő adataitól, a modell bonyolultságától függ és többnyire közelítő, szemléltető eredményeket szolgáltat. Adott vizsgálati eljárás a járműütközések értékelése során terjed. Megtörtént balesetek komplex értékelése, esettanulmányok

Az előfordult és megfelelően rögzített, dokumentált balesetek -felhasználva a kísérleti és a matematikai modellezés során kimutatható összefüggéseket- feldolgozása nyomán szerzett (a balesetek számával egyre nagyobb számú és ugyanakkor egyre több egyedi jellegű) összefüggések a baleset előzményeinek feltárására jól alkalmazható, objektív következtetések levonására alkalmasak. A valós balesetek adatai a matematikai statisztika módszerét alkalmazva értékelhetők, járműtípusonként, baleseti formánként, korcsoportonként a részletes balesetvizsgálat adatai alapján rendszerezhetők. Az egyedi esetvizsgálat a baleset lefolyását a lehetőségek engedte mértékben teljes körben vizsgálja, kutatva a megállapítható sérüléseket, a sérüléseket okozó járműrészeket, az ehhez rendelhető testrészeket. A nagyszámú balesetekből kiválasztott esetek kisebb száma ellenére általánosítható, használható végkövetkeztetéseket eredményezhet, az eljárás inkább gyalogoskerékpáros elütések kapcsán alkalmazott. Egy komplex balesetvizsgálati módszerrel szemben támasztott alapvető követelmény lehet, hogy a használatához alapvetően olyan bemenő paramétereket igényeljen, amelyeket a szakértő távollétében is felismerni és rögzíteni lehet, a módszer bemenő adatai azon közvetlen baleseti adatokra támaszkodjanak, melyek a baleset helyszínén közvetlenül észlelhetők, a bemenő adatok rögzítése kiemelkedő szakértelmet és bonyolult mérőeszközt ne igényeljen, összegyűjtését tapasztalt, gyakorlott baleseti helyszínelő elvégezhesse, a módszer legyen reprodukálható, a felhasznált matematikai apparátus ne igényeljen nehezen hozzáférhető nagy számítógépet, az eljárás munka és időigénye ésszerű korlátokon belül maradjon, eredményezze azon értékhatárokat, lehetséges tartományokat, amelyek a baleset alapvető paramétereinek változatosságából és a befolyásoló hatások véletlen-


4


szerűségéből fakadhatnak, segítse elő a nyomozó és vizsgáló hatóság, az igazságszolgáltatás objektív ítéletalkotását, bemenő adatai és a vizsgálat eredménye a véleményt alkalmazó (döntő többségében jogi képzettségű) nem műszaki szakember számára is legyenek érthetők, a bemenő adatok elégtelensége, bizonytalansága, tág értéktartománya esetében csak tájékoztató valószínűségi eredményeket szolgáltasson, bizonyos szakértői megállapításokat ne tegyen, érzékeltesse a kapott eredmény lehetséges értéktartományait, a technika, a műszaki lehetőségek fejlődésével (nyomrögzítés, fotogrammetriai balesethelyszínelés, nagyobb kapacitású és gyorsabb számítógépek, központi értékelő egység és a szolgálati gépkocsiban elhelyezett terminál, stb.) a módszer szolgáltasson alapot továbbfejleszthető változatába beépülésre. A figyelembe vehető számítások közös jellemzője (az un. előrefelé számítási eljárásokat kivéve), hogy a vizsgálat az esemény utáni véghelyzetéből indul ki. Ezért szükséges a végállapot minél pontosabb rögzítése. Ez a szakmailag megfelelő rendőrségi helyszínrajzon a legtöbb esetben szerepel. Fontos adat az ütközési (elütési) pont ismerete, amely a helyszínen található nyomokból ( sárleverődések, féknyom megtörése, jellegváltozása, az üvegtörmelékek, stb...) meghatározható. Néhány esetben nem találhatók ilyen jelek. Ilyenkor a baleset előtti folyamat megismerése bonyolultabb szakértői munkát, esetleg számítógépes szimulációt igényel. A balesetek elemzése alapvetően három részre tagolódik : • az ütközés utáni szakaszra • az ütközésre • és az ütközést megelőző szakaszra Kifutási szakasz

Ez a szakasz az üközési ponttól a véghelyzetig tart, ez az ún. kifutási szakasz. A szétválás után a járművek általában szabadon mozdulnak tovább. Ez többnyire lassuló haladó és/vagy forgó mozgás, melyet nagyon sok körülmény befolyásol. Ilyen körülmény pl. az útfelület minősége (száraz, nedves, jeges stb... ), fajtája (pl. aszfalt, föld, beton stb.), a gumiabroncsok állapota, a jármű rongálódása (pl. megszorult, deformálódott kerekek), a vezető beavatkozása ( kormányzás, fékezés), akadályok (pl. útpadka ), és még sok egyéb lényeges és kevésbé lényeges tényező. A számítás célja ebben a részben, hogy a járművek közvetlenül az ütközés utáni mozgásállapotait (sebesség, szögsebesség nagyságok és irányok) meghatározzuk. A kifutás szakaszára a fent említett befolyásoló körülményektől függően lassulás ill. szöglassulás értékeket veszünk fel. A felvétel történhet tapasztalati úton becsléssel, vagy mérés alapján. A bizonytalanságok miatt a lassulásokat célszerű sávosan felvenni és a kapott eredményeket továbbra is sávosan kezelni. A lassulásértékekből valamint a helyszínrajzon lemérhető kifutási távolságokból az ütközés utáni sebességek meghatározhatók. A számoláshoz a lassuló mozgásra vonatkozó összefüggéseket és az energiamegmaradás törvényét használhatjuk. A számítást mindig a jármű véghelyzetétől (0 sebességű állapot) kell elkezdeni az ütközési pont felé haladva. Ha kifutás közben a jármű különböző fajtájú és minőségű talajokat érint (pl. aszfaltról füves területre fut ) akkor a kifutási távolságot szakaszokra kell bontani. Az egyes szakaszokra az útminőségnek megfelelő lassulásokat kell felvenni. A szakaszok végpontjaiban a sebességeket a véghely-


5


zettől visszafelé haladva lehet számolni. Ha a jármű a kifutás végén (vagy közben) nekiütközik valaminek (pl. fal, álló jármű, stb... ) amelyből adódóan lényeges rongálódást szenved, akkor azt figyelembe kell vennünk. Ez egy ún. EES (Energia Egyenértékű Sebesség) értékkel történhet, v1 = v 02 + 2 ⋅ a ⋅ s

(1)

ha a jármű a szakasz végén ütközés nélkül megáll : v1 = 2 ⋅ a ⋅ s

(2)

ha a szakasz végén nekiütközik valaminek, és deformációt szenved : ED = ahol :

1 ⋅ ms ⋅ EES 2 2

(3)

EES

az energia egyenértékű sebesség

s

az értékelt úthossz

a

a lassulás értéke

v0

a sebesség a szakasz végén

ms

a jármű menetkész tömege

ED

a deformációval felemésztett energia

a szakasz végpontjában levő sebesség : v0 =

2 ⋅ ED m

(4)

Az ütközés (elütés)

Az ütközés a járművek érintkezésének pillanatától a szétválásig tart. Ilyenkor a járművek mozgásállapota igen rövid idő alatt lényegesen megváltozik, miközben rugalmas és maradandó deformációt szenvednek. A számítás célja az, hogy az ütközés utáni ismert (helyesebben az előző pontban leírtaknak megfelelően kiszámított) sebességekből és szögsebességekből, valamint a járművek feltételezett korábbi haladási irányaiból meghatározzuk azok ütközés előtti sebességeinek nagyságát. Ez a visszafelé történő számítási eljárások esetében igaz. Az előrefelé számításoknál az ütközés előtti sebességeket tekintjük bemenő adatnak és az ütközés utániakat számoljuk. Ezt hasonlítjuk össze a kifutásból kiszámolt értékekkel. A lehetséges számítási eljárásokról még szólok.


6


Az ütközés előtti szakasz

Közvetlenül az ütközés előtti állapotot ismerete után a helyszínen található nyomokból következtetni lehet a járművek lassulására, a fékezés kezdetére, majd ezekből meghatározhatjuk a jármű korábbi haladási sebességét és a veszélyhelyzet észlelésének helyét. Ezek után választ lehet adni az általában felmerülő kérdésekre, pl. ki észlelt késedelmesen; mennyivel kellet volna haladni ahhoz, hogy a baleset elkerülhető lehessen stb... A vezető reakciója (tR), a fékkésedelemre (tFK), és a teljes fékhatás kialakulása közben eltelt időre (tFF). jelölések :

É

a veszélyhelyzet észlelési helye

vÉ

vFF

vF

v0

É

FF

F

0

sFF

sR

s sÉ

F FF 0 sR sFF s vÉ vF vFF v0

a teljes fékhatás kialakulásának helye ( ált. a féknyom kezdete ) a fékfelfutás kezdetének helye a fékezési szakasz vége ( általában az ütközési pont ) a cselekvési és a fékkésedelem ( tR+tFK ) alatt megtett út a fékfelfutás kialakulása alatt megtett út a fékezési út ( általában a féknyom hossza ) a jármű sebessége a veszély észlelésekor a jármű sebessége a fékezés kezdetén ( általában vÉ ≈ vFF ) a jármű sebessége a fékfelfutás kezdetén a jármű sebessége a fékezési szakasz végén

a sebesség a fékezés elhatározásakor : a a v1 = v F + ⋅ t FF = v02 + 2 ⋅ a ⋅ s + ⋅ t FF (5) 2 2 az észlelés távolsága az ütközési ponttól : a   a 2 s É = s + (t R + t FK + t FF ) ⋅  v 02 + 2as + t FF  − t FF 2   4 az észleléstől az ütközésig eltelt idő : t É = t R + t FK + t FF +


1 a

[v

7

2 0

+ 2as − v0

]

(7)

(6)


Gyakran válaszolni kell olyan kérdésekre, hogy mekkora sebességgel lehetett volna elkerülni a balesetet, mennyi az adott sebességgel való haladás esetén a féktávolság stb. az észleléstől a megállásig megtett út ( féktávolság ) : sFtá v = v1 ⋅ (t R + t FK

1  a 2 a  + t FF ) − ⋅ t FF + ⋅  v1 − t FF  4 2⋅a  2 

2

(8)

Egy adott féktávolsághoz, és egy felvett lassulás értékhez tartozó haladási sebesség:

v1 =

[

a 2 2(t R + t FK ) + t FF

]

2

[

] [

2 + a a ⋅ t FF + 8s − a 2(t R + t FK ) + t FF

2

]

(9)

A baleset akkor is elkerülhető, ha az egyik fél (a továbbiakban az 1-es) annyival később érkezik a találkozási ponthoz, hogy a másik (a továbbiakban 2-es ) éppen el tud előtte haladni. A 2 -es közlekedőnek (járműnek) a kihaladáshoz egy ∆t időre lett volna szüksége, amit az ütközés számítás során kiszámolt korábbi sebességéből, a méreteiből, és az ütközéskori helyzetéből meg tudunk határozni. Az 1-es jármű vezetője a baleset előtt tE idővel észlelt, vagyis ennyi idő alatt ért az észlelés helyétől az ütközési pontig. Ha ezt az utat tIE= tE+∆t idő alatt tette volna meg, akkor a 2-es közlekedő (jármű) éppen kihaladt volna előle. Ahhoz, hogy ez, adott helyen való észleléskor, adott tapadási viszonyok mellett teljesüljön, az 1-es járműnek egy vIE (időbeni elkerülési) sebességgel kellet volna haladnia: az időbeni elkerülhetőség sebessége : SE + v IE =

a 1 2 2  ⋅  t FF + t FF ⋅ t FIE + t FIE   2 2 (10) t R + t FK + t FF + t FIE

A számítási eljárások mindegyikénél, a bemenő adatokat sávosan adjuk meg, így a kiszámolt út, idő, sebesség eredményekre is egy-egy értéktartományt kapunk. A képletekben szereplő (tR) reakcióidő alatt egy időszakaszt értünk, amely egy inger megjelenése és az erre adott válasz között telik el. Ebbe az időbe az észlelés, felismerés, az információ feldolgozása, a döntés és cselekvés megindításához kiadott belső parancs érthető, majd ezt követi a tágabban vett reakció azon szakasza, amikor a mozgáshoz kiadott belső parancs hatására a tényleges mozgás létre is jön. (A járművezetés során a járművezető elengedi a gázpedált és a lábát a fékpedál fölé helyezi.) A közlekedésben egy kormányzás, egy fékezés, egy gyorsítás, vagy éppen a hirtelen beavatkozásról lemondás kevés kivételtől eltekintve a látás útján nyert információ kapcsán indul el és az akadály tudatos felismerése általában három folyamaton át történik: a) az események többnyire valamely akadály véletlenszerű megpillantásával kezdődnek, (kezdődhetnének) amely sok esetben egy idegrendszeri automatizmus révén szinte automatikusan kiváltja valamely cselekvés elindítását anélkül, hogy arról különösebben dönteni kellene. Ez


8


váltja valamely cselekvés elindítását anélkül, hogy arról különösebben dönteni kellene. Ez történik egy egyszerű reakció esetében, ahol az ingerre azonnal egy megkezdett reagálás a válasz. Megjegyzendő, hogy még ez az egyszerű reakció is számos tényezőtől függ. b) az inger, az akadály észlelése általában nem a központi látómezőben (fovea) történik, tehát igen ritka amikor a vezető véletlenszerűen éppen arra tekint, ahol valamely számára lényeges és a reakciót kiváltó inger megjelenik. c) az akadály felismerése jelenti végül azt az információtartalmat, amely végül a járművezetői tevékenységet a továbbiakban meghatározza. A közlekedésben, ahol számos véletlenszerű helyzet adódik, egy nem várt közlekedési szituációban a központi látómezőn kívüli észlelés bír jelentőséggel. Ez alól természetesen kivételek is vannak, amikor a közlekedési környezet, kihelyezett közúti jelzések a jármű vezetőjét valamely veszély, valamely akadály előfordulására figyelmeztetik, felkészítik és tekintetét éppen abba az irányba kell vetnie, ahonnan a veszélyforrás várható. A közlekedésben az inger után bekövetkező felismerés nem mindig egy döntéshez vezethet, nem minden akadály felismerése vált ki fékezést, adott esetben a kormányzás (balra, vagy jobbra), a gyorsítás, vagy ezek kombinációja is előfordulhat, miközben a járművezető hang, vagy fényjelzést is adhat, stb. Ebben az esetben már nem az un. egyszerű reakció, hanem a választásos reakció zajlik le, amikor már hosszabb idegpálya dolgozik, az agykéreg is részt vesz a döntésben. Már a Magyar Jog 1976/5. számában is olvasni lehetett azt, hogy "Egyszerű közlekedési helyzetben viszonylag könnyű dönteni (rövidebb reakcióidő), bonyolult veszélyhelyzet megoldásának eldöntéséhez több idő kell, különösen váratlan, ijedtséget okozó helyzetben (a reakcióidő alaposan meghaladhatja az 1 másodpercet)" Mindezek ellenére mind a legtöbb szakértő gyakorlatában, mind a jogalkalmazók széles körében a reakcióidő értéke még az 1990-es években is "kőbe vésve" maradt és sok olyan elmarasztaló ítélet született, melyben a járművezető un. késedelmét a kedvező körülmények közötti észlelés idejéhez viszonyították. A reakcióhoz kötött un. "veszélyhelyzet" fizikailag aligha definiálható helyzet, ez egy megállapított helyzet. Ezt a helyzetet akkor tekinthetjük megállapítottnak, ha egy közlekedési előírásokból fakadó szituációban, ezt a helyzetet a jogalkalmazó -mint objektív veszélyhelyzetet- meghatározza. Tehát az a pillanat, amikor valamely eseménynek egy késedelem nélküli észlelést kell kiváltania, nem műszaki, hanem jogalkalmazói mérlegelés kérdése. Tehát a perifériális látómező használatát, a járművezetőtől adott körülmények között elvárt alapvető tekintet irányát mindenképp a jogalkalmazónak kell értékelnie és ezt célszerűen már a kérdés feltevésekor is jeleznie kell. (Pl. "A járművezetőnek a kihelyezett tábla miatt fel kellett készülnie a jobbra elhelyezkedő iskolára. Ennek alapján egy jobbra figyelő járművezető...") A járművezető az esetek túlnyomó többségében az akadályt, a veszélyt nem a látómező (nevezhetjük tekintetiránynak is) közepén észleli, hanem a periférián. Amennyiben tehát a megfelelő felismeréshez a tekintetirány megváltoztatása szükséges, akkor a vezetőnek a szemét el kell mozdítania. Ezt fejezi ki a tekintet-irányváltás ideje, amely annak is függvénye, hogy mekkora szemmozgásra van szükség. A járművezető szeme egy átlagos közlekedési szituációban sem egy fix pont felé tekint, hanem a szem ide-oda jár. Ez a környezetből vett minta a gépkocsi sebességével együtt változik és maga-


9


sabb sebességgel haladva beszűkül. A vezető tekintete nem szélső értékek között ugrál, jelentősebb tekintet-irányváltás csak egy erősebb inger hatására fordul elő. A tekintet-irányváltás egyszerű ideje, amikor a vezető szeme "gyanútlanul" ide-oda jár kb. 0.2...0.4 sec-os időnként követi egymást. Ez az idő megnövekedhet egy olyan közlekedési szituációban, ahol a korábbi tekintetirány jelentősebb megváltoztatására van szükség. Természetesen a járművezető tekintete megoszlik a közlekedés, járművön kívüli eseményeinek megfigyelése és a gépkocsi belső részeire vetett pillantások között. A periférián történő észlelést követő lényeges mozzanat az akadály felismerése és csak ennek tudati megvalósulása után indul a hagyományos értelemben vett reakció. Tehát a periférián történő észlelés és az akadály felismerése közötti idő az un. tekintet-irányváltás ideje. Nevezetes pont az izomtevékenység kezdete, amely egy fékezési folyamat esetében a gázpedál elengedése pillanatával jellemezhető. Az akadály felismerése és az izomtevékenység kezdete közötti idő tekinthető a reakció alapidőnek, amely a megjelenő információ feldolgozásának idejét is jellemzi, egyúttal magában foglalja az információ feldolgozását és a döntés után (az izomzat téri mozgáskép megfogalmazódásán keresztül) a kiadott parancsra a láb (gázelvétel) megmozdulását. A reakcióidő számításokban felhasznált következő része az, amikor a vezető a megmozdított lábát áthelyezi és a fékpedál fölé helyezi, a fékpedált megérinti. Ez a pont méréstechnikailag szintén jól értelmezhető, mérhető. A gázpedál elengedésével kezdődő izomtevékenység és a fékpedál megérintése közötti időt lehet lábáthelyezési időnek nevezni. A következő "nevezetes" pont a fékhatás mérhető kialakulása, a fékpedál érintésétől a fékhatás mérhető kezdetének kialakulásáig a fék un. "beindulási-idő" szakasza telik, majd a fékhatás felnövekedése, az un. "fékfelfutási idő" jellemez. A táblázatban megadott értékek nem tekinthetők egy fix számértéknek, hanem szintén valószínűségi eloszlásnak megfelelve egy várható középértékkel, szórással, vagy megadható alsó és felső értékkel bírnak, összefoglalásként: Megnevezés Fék beindulás ideje Szemmozgás korrekciós idő Fékfelfutás ideje Lábáthelyezési idő Reakció alapidő Tekintet-irányváltási idő Reakció alapidő + lábáthelyezés Késedelem (ember+gép) alapidő Reakcióalap+lábáthely+tekintetir. Késedelem alapidő+tekintetirányv Késedelem alapidő + tekintetirány váltás + szemmozgás korrekció

2 %-os valószínűség (sec)

98 %-os valószínűség (sec)

Jellemző érték (sec)

0.03 0.09 0.14 0.15 0.22 0.32 0.36 0.58 0.68 1.02 1.11

0.06 0.15 0.18 0.21 0.58 0.55 0.78 0.99 1.33 1.48 1.62

0.05 0.13 0.17 0.19 0.45 0.48 0.64 0.86 1.12 1.34 1.47

A táblázatban közöltek alapján, a helyes felhasználás, megértés előmozdítása érdekében ajánlások tehetők, mellyel:


10


• lakott területen kívül az ellazultabb figyelem miatt az átlagos reakció növekszik, ennek ajánlható és tájékoztató értéke kb. 0.3 sec, • váratlan helyzetekben a járművezetői döntés (fékezés, kormányzás valamely irányban, gyorsítás, ezek kombinációja, stb.) további időnövekményt okozhat, mintegy 0.3...0.5 sec körüli értékben, • ezen időadatok nem tartalmaznak a megijedés, meglepődés, a veszély valamely ok miatti sokkoló hatásából fakadó egyéb, kedvezőtlen változásokat, • tájékoztató számításokhoz célszerű a reakció-alapidő és a tekintet-irányváltási idő felét tekinteni, amely adott esetben reakció alapidő 0.45 sec, a tekintet-irányváltás fele 0.48/2 = 0.24 sec, a kettő összege 0.69 sec, amely egyszerűsítésként 0.7 sec időnek értékelhető, • a tekintet-irányváltás másik fele és az esetleges szemmozgás korrekciós ideje 0.24 + 0.13 sec = 0.37 sec, egyszerűsítésként 0.4 (0.3...0.5) sec a következő értékelhető idő, A vázolt időadatok gyakorlati alkalmazásban: Megnevezés

Lakott területen belül

Lakott területen kívül

Alapreakció idő

0.7 sec

1.0 sec

Tekintet irányváltással, további 0.3...0.5 sec

1.0...1.2 sec

1.3...1.5 sec

Döntési időnövekménnyel, további min. 0.3...0.5

1.3...1.7 sec

1.6...2.0 sec

A táblázatban levő értékek használata nem nélkülözheti a műszaki szakember és a jogalkalmazó együttműködését, melyet röviden a következő példával kívánok bemutatni: a) legyen egy gyalogos észlelhető veszélyhelyzetben töltött ideje 2.5 sec és a jármű fékezési nyoma azt mutatja, hogy a gépkocsivezető a baleset előtt összesen egy fél sec ideig tartó fékezési nyomot hagyott hátra. Ez a szakértői gyakorlatban általában szokásos 0.7 sec-os emberi és kb. 0.3 sec-os fékezési késedelemmel azt jelenti, hogy a vezető a fél sec ideig tartó fékezés előtt kb. (0.7+0.3=) 1.0 sec-mal hamarabb, összesen 1.5 sec-mal az elütés előtt ismerte fel a helyzetet, tehát elméletileg 2.5-1.5 = 1.0 sec "késedelme" adódik, b) a szakértő azonban csak az időeltérést mutathatja ki, azt minősítenie a jogalkalmazónak kell. Amennyiben a baleset lakott területen kívül történt, a figyelembe vehető alapreakció 0.3 sec-mal növelhető, az időeltérés ennyivel csökken, ekkor már csak 0.7 sec marad, c) ha a jogalkalmazó a veszélyt a vezető által éppen nem figyelt helyzethez rendeli, nem volt különös jelzés arra, hogy a vezető éppen a veszély felé tekintsen, akkor a tekintetirány fel nem róható változtatása további 0.3...0.5 sec idővel mérsékelheti az előző 0.7 sec-os maradványt, amely így 0.2...0.4 sec-ra mérséklődik,


11


d) ha a jogalkalmazó "jóváírja" a vezető meglepődése kapcsán esetleg előálló döntési időnövekményt, akkor az időeltérés további 0.3...0.5 sec-os mérséklését is lehetővé teszi, tehát az időeltérés gyakorlatilag eltűnik, ezzel a szakértő által kimutatott időeltérést a jogalkalmazó a közlekedési helyzet ismeretében "elszámolta" és a helyzet kapcsán előálló nem kóros reakcióidő növekménynek tudta be, e) természetesen az adott közlekedési helyzet lehet olyan is, hogy a vezetőnek fel kell készülnie az adott helyen és módon haladó akadályra, akkor ezen időadatok "jóváírása" nem történik meg és az időeltérést a hatóság, a jogalkalmazó a vezető terhére róható késedelemmel azonosíthatja. A járművezetői magatartás és figyelem elbírálásakor olyan tényezőkkel is esetenként számolni kell, hogy egy visszapillantó tükörbe tekintés, vagy akár egy rádió beállítása el nem hanyagolható figyelemelvonó tényező, amely egy látszólag ártalmatlan közlekedési helyzetben nem várt módon bekövetkező események észlelését számottevően ronthatja. Egy baloldali külső tükörbe tekintés legalább 0.5 sec időt igényel, az esetek nagyobb részében 0.5...1.5 sec alatt végrehajtható, míg egy rádióra vetett pillantás általában még hosszabb időt igényel, amely jellemzőbben kb. 0.7...2.2 sec közötti időigényt jelent. Ezen két tényező is szemlélteti azt, hogy egy zavartalanabb közlekedési környezetben előálló -"józan ésszel alig érthető"- több másodperces időeltérésnek igen egyszerű oka is lehet, az nem feltétlenül a járművezető teljes figyelmetlensége. Vázoltak ismerete, felismerése, gyakorlati alkalmazása lehet csak a biztosítéka annak, hogy egyegy forgalmi helyzetet az abban szereplő személyek közlekedési magatartásának körültekintő értékelésével, az elvárhatóság alapos mérlegelésével, korrekt módon lehessen elbírálni a 0.7 sec-os alapreakció, adott közlekedési helyzetre szabott módosításával. Ezt a jogalkalmazónak kell végezni, a számításhoz felhasználható reakcióidőt (nem annak számértékében, hanem a közlekedési helyzet jogi értékelése útján) befolyásoló hatásokat előre célszerű jeleznie. Az ütközési folyamat mechanikája

Az ütközés alatt több, áltálunk többnyire ismert természeti folyamat zajlik le. Ezek a folyatok fizika alaptörvényeivel, Newton axiómáival a lendület- és perdület-megmaradás, valamint az energiamegmaradás törvényeivel leírhatók, illetve közelíthetők. Egy valóságos baleset folyamatának leírása azonban rendkívül bonyolult, mivel a járművek deformálódnak, pörögnek, összeakadnak stb... Az ütközéselmélet alapösszefüggései valójában tömeggel és sebességgel rendelkező golyó modellekre vonatkoznak. A golyók egymással centrálisan (központosan) ütköznek, így azok forgásával nem kell számolnunk. Az ütközés az érintkezés utáni mozgásoktól függően lehet rugalmatlan illetve rugalmas. A rugalmatlan ütközésben résztvevő testek az érintkezés után nem válnak szét, hanem közös sebességgel együtt mozognak tovább. Közel ilyen ütközések valóságos baleset során is előfordulhatnak (pl. ráfutásos baleset), de ezek nem teljesen rugalmatlanok. m1, m2 a testek tömegei, v1 és v2 az ütközés előtti sebességek, vk a közös sebesség


12


Megjegyzés: az ütközés vizsgálatakor fel kell venni egy pozitív sebességirányt, és a továbbiakban a sebességeket előjelesen kell figyelembe venni (ez igaz rugalmas ütközésekre is )

az ütközés utáni közös sebességet kifejezve : vk =

m1 ⋅ v1 + m2 ⋅ v2 (11) m1 + m2

Rugalmas ütközés esetén a testek ütközés után szétválnak, és különböző sebességekkel mozognak tovább, az ütközés leírásához a folyamatot két részre kell bontani. Érintkezés után egy ideig továbbra is egymás felé haladnak miközben rugalmasan deformálódnak. Az alakváltozási munka a testek mozgási energiájából energiát emészt fel. Ez az összenyomódás szakasza. Ezután egymástól szétválnak, és a deformálódott testek visszanyerik eredeti alakjukat. Ilyenkor az összenyomódás során felemésztett deformációs munka tökéletesen rugalmas ütközés esetén teljes egészében viszszaalakul kinetikus energiává. Ez a kirugózás szakasza. Valóságos rugalmas ütközésekkor az ütköző testek maradandó alakváltozást szenvednek. Az ezzel felemésztett mozgási energia már nem alakul vissza. Ez egy ütközési tényezővel (k) vehető figyelembe. v '− v ' k= 2 1 (12 ) v1 − v2 A felírt összefüggésből látható, hogy a k tényező az ütközés utáni (vesszővel jelzett) és ütközés előtti sebességkülönbségek hányadosa, a felemésztett deformációs energia :

∑E

D

=

m ⋅m 1 1 − k 2 ⋅ 1 2 ⋅ (v1 − v2 ) 2 2 m1 + m2

(

)

(13)

merev falnak való ütközéskor a felemésztett deformációs energia ED =

1 2 1 − k 2 ⋅ m1 ⋅ v1 2

(

)

(14)

1. Álló járműnek ütközés oldalról központosan :

Az ütközési szituáció az 1.sz. ábrán látható. Az 1-es jelű jármű v1 sebességgel oldalról a 2 -es álló járműnek ütközik. Az ütközés után a gépkocsik együtt, lassulva mozognak tovább, majd s' út megtétele után megállnak.


13


v2=0

v1

1 2

s'

1. ábra Az ütközés utáni közös sebesség : v' =

2 S ' (m1a1 + m2 a2 ) (15) (m1 + m2 )

v2=0 behelyettesítésével, és az összefüggés v1 -re rendezésével : v1 = v '⋅

m1 + m2 (16) m1

2. Ráfutásos ütközés

Egy ráfutásos ütközés látható a 2. ábrán. Az 1-es jelű jármű hátulról nekimegy a 2 -es jelű álló vagy lassabban haladó gépkocsinak. Az ütközés következtében járművek tovább mozdulnak, majd a vesszővel jelölt helyzetekben megállnak. Az ütközés során a járművek nem akadnak össze. v1 1'

v2 (=0)

1

2 2' 2. ábra

Az ütközés utáni sebességek : a járművek elmozdulásai ( s1, s2 ) a helyszínrajzról lemérhetők, így : v '1 = 2 ⋅ a1 ⋅ S1 és v '2 = 2 ⋅ a2 ⋅ S2


14


ahol az a1 és a2 a körülményeknek megfelelően felvett lassulások Az ütközés előtti sebességek : v2=0 esetben tökéletesen rugalmas ütközés esetén : v1 =

m1 ×v '1 +m2 ×v ' 2 m1

(17)

valóságos ütközéseknél : Az 1 -es jármű ütközés előtti sebessége, ha v2≠0: (de k≠0 !) v1 ' =

(m1 − k ⋅ m2 ) ⋅ v1 + m2 (1 + k )v2 m1 + m2

(18)

v2 ' =

és

m1 (1 + k )v1 + (m2 − k ⋅ m1 )v2 m1 + m2

(19)

megoldva : v1 = −

m2 − k ⋅ m1 m ⋅ (1 + k ) ⋅ v '1 + 2 ⋅ v '2 (20) k ⋅ (m1 + m2 ) k ⋅ (m1 + m2 )

v2 =

m1 ⋅ (1 + k ) m − k ⋅ m2 ⋅ v '1 − 1 ⋅ v '2 k ⋅ (m1 + m2 ) k ⋅ (m1 + m2 )

(21)

v1 =

v1 ' (m1 + m2 ) m1 - k ×m2

(22) ha v2=0

v2 =

v 2 ' (m1 + m2 ) (23) m1 (1 + k )

3. Álló járműnek ütközés nem centrálisan

Ilyen ütközést ábrázol a 3. ábra. Az 1 -es jármű a 2 -es álló járműnek ütközik. Az ütközés következtében az álló gépkocsi elmozdul, miközben tengelye körül is elfordul. A két jármű a vesszővel jelölt nyugalmi helyzetekben áll meg.


15


Az 1-es jármű ütközés utáni sebessége: v '1 = 2 ⋅ a1 ⋅ S1

2'

v2=0 2 v1 A

1' 1

A

3. ábra A 2-es jármű az ütközés után egy külső pont körül elfordul. Az elfordulás első pillanatában forgási energiával rendelkezik, amelyet a kifutás során a súrlódási munka felemészt. súrlódási munka a kifutás során : WS = m2 ⋅ a 2 ⋅ rM ⋅ ϕ 2 ' rM : a pillanatnyi elfordulási középpont és a súlypont távolsága ϕ2 : a 2 -es test súlypont körüli elfordulási szöge a2 : az elfordulás figyelembevételével felvett lassulás

forgási energia az ütközés utáni pillanatban : E F =

1 Θ M ω 22 2

ΘM : a az elfordulási középpontra redukált tehetetlenségi nyomaték

Θ M = Θ S + m ⋅ rM2 , és ΘS : súlyponti tehetetl. nyom. ω2 : a 2 -es test ütközés utáni pillanatnyi szögsebessége

az egyenletet ω2 -re rendezve :

ω2 =

2 ⋅ m2 ⋅ a 2 ⋅ rM ⋅ ϕ 2 ' ΘM

(24)

a 2 -es jármű ütközés utáni sebessége : v2 = ω 2 ⋅ rM A tehetetlenségi nyomaték tájékoztató értékei ill. közelítő meghatározása, megfelelő gyári alapadat hiányában: ΘS = m⋅i2


16


ahol m a jármű tömege, i2 az inercia-sugár négyzete vagy a befoglaló méretekkel ( általában tehergépkocsikra ) : a2 + b2 ΘS = m⋅ 12 ahol : a paraméter a jármű hossza, a b a jármű szélessége rakománnyal terhelt jármű esetén a tehetetlenséget módosítani kell : ΘT = ΘS ⋅

mT m

ahol : m a jármű menetkész tömege, mT

a jármű terhelt tömege

Személygépkocsikra: Θ S = 0,1269 ⋅ m ⋅ R ⋅ L ahol R a tengelytáv, L a jármű hossza és m a jármű tömege A súlyponton kívül eső terhelést figyelembe véve : 2

 R Θ S = m ⋅   + mR ⋅ e 2  2 mR a csomagtérben elhelyezett rakomány, e a mértékadó távolsága a jármű súlypontjától 4. Frontális ütközés

2

1 v2

v1 1'

2'

4. ábra Frontális ütközések (4. ábra) esetében a járművek teljes első részükkel, vagy kisebb mértékű átfedéssel találkoznak. Az átfedés mértékétől és a sebességektől függően a járművek ütközés után együtt mozoghatnak (rugalmatlan ütközés), vagy egymástól elválva, kipördülve, forogva lassulhat-


17


nak (rugalmas ütközés). Az ütközési kísérletek nagy részét különböző átfedésű (40%, 60%, 100% ) frontális ütköztetésekkel végzik. 5. Nem központos ütközések

Ezek az ütközések a járműbalesetek legáltalánosabb csoportját alkotják. A gépkocsik érintkezhetnek elölről, oldalról, hátulról, vagy éppen valamelyik sarkuknál fogva. Az ütközés után a járművek szétválnak, majd a kifutás közben sodródva, pörögve jutnak nyugalmi helyzetbe. A kifutás alatti forgómozgás energiája nem elhanyagolható, így azt a számítás közben figyelembe kell vennünk. Nem központos ütközési szituáció látható az 5. ábrán. 2'

1'

v2 2

v1 1 5. ábra Ütközések vizsgálatához alkalmazható eljárások

A baleseti szakértés során alkalmazható számítási és szerkesztési eljárások a kiindulási adatoktól, és a számítás menetétől függően két csoportba sorolhatók. Az egyik a visszafelé történő számítások csoportja, amikor az ütközés utáni mozgásállapotokból határozzuk meg az ütközés előttieket. A másik az előrefelé történő számítás, amikor is az ütközés előtti járműsebességeket tekintjük bemenő adatnak, és ebből számoljuk az elválás pillanatában lévő sebességállapotokat. Ez utóbbi, megfelelő környezeti és járműdinamikai adatok ismeretében alkalmazható baleseti szimulációs program megírásához. A visszafelé számításon belül az impulzus-megmaradás törvényén alapuló analitikus és grafikus eljárás, az „EES-módszer”, a „perdület-tükrözéses” és az energia-gyűrűs szerkesztési eljárások fordulnak elő, a három grafikus módszert magába foglaló „terület-metszékes” meghatározással, valamint a központos ütközésekre alkalmazható sebességszalagos-módszerrel.


18


Az előrefelé számítások közül két módszer emelhető ki, az ütközési pont közös elmozdulásán alapuló eljárás; és az ehhez nagyon hasonló, de a valóságot jobban megközelítő számítási módszer, amely a számítógépes szimulációhoz is használható. 1. Impulzus módszer (analitikus)

A 6. ábrán két jármű ütközése látható, a járművek ütközés előtti és utáni impulzusvektorok és az impulzus is látható, amely az ütközés pillanatában a járművekre hat.

I2'

I2 I1 S2

I1' S1

6. ábra Az ütközések előtti sebességek: v1 =

v2 =

m1 ⋅ v ' 1 ⋅ sin(v 1 '− v 2 ) + m2 ⋅ v 2 '⋅ sin(v 2 '− v 2 )

(25)

m1 ⋅ sin(v 1 − v 2 )

m1 ⋅ v1 '⋅ sin(v1 '− v1 ) + m2 ⋅ v 2 '⋅ sin(v 2 '− v1 ) m2 ⋅ sin(v 2 − v1 )

(26)

Megjegyzés: a sinus függvény utáni zárójelekben a vektorok irányszögeinek előjeles különbsége szerepel. A szögeket a felvett x,y koordináta-rendszer x tengelyétől, az óramutató járásával ellentétes irányban mérve tekintjük pozitívnak. 2. Impulzus-vektoros módszer (grafikus)

A grafikus eljárás alkalmazása során, a szerkesztést megelőzően ki kell számolni a járművek ütközés utáni sebességét, mozgásmennyiségét. A mozgásmennyiség nagyságára a szerkesztés pontosságától függően fel kell venni egy léptéket, amely alapján a vektorok nagyságának megfelelő szakaszokat felvehetők. A szerkesztés eredményeként kapott Mozgásmennyiség (lendület)-vektorok nagysága ez alapján már meghatározható. A szerkesztés menete : 1. Az ütközés utáni impulzusvektorokat a felvett léptéknek és iránynak megfelelően felvesszük, majd azokat egymás után felmérjük. A járművek ütközés előtti haladási irányaival párhuzamosan egy-egy egyenest húzunk. (7. ábra)


19


2. A korábbi haladási irányokkal párhuzamosakat húzunk az I1' vektor kezdő-, illetve az I2' vektor végpontján keresztül. Ezzel kimetszettük a járművek ütközés előtti impulzusvektorait. (8. ábra) Az impulzusvektorok nagysága az ábráról lemérve, a lépték alapján meghatározható. Az egyes járművek tömegével osztva az ütközés előtti sebességek kiszámolhatók.

1 -es jármű korábbi haladási iránya

I1'

I2'

I1 I1'

2 -es jármű korábbi haladási iránya

I2 I2'

8. ábra

7. ábra

A gyakorlatban a járművek ütközés utáni sebességeit, és azok irányát számítással határozzuk meg. A számítás során a lassulásértékeket sávosan (pl. 3-3,5 m/s2) vesszük fel, így az eredmény is egy bizonyos sebesség tartományt jelent. A kifutási irányokat sem konkrét értékekkel jellemezzük, hanem olyan szögtartományt veszünk fel, amelyben nagy valószínűséggel benne van a valós irány is. Az így meghatározott I1' és I2' nagyságok és irányok, már nem konkrét vektorok, hanem egy-egy vektor tartományt foglalnak magukba. Ezeket ábrázolva, a vektorok végpontjai egy-egy négyszög területet határoznak meg, melynek bármely pontja lehet a valóságos ütközés utáni impulzusvektor végpontja. Az alkalmazható másik és a továbbiakban kombinált eljárásra alkalmazható módszerben a szerkesztés a 9 ábrán látható, ennek menete: 1. Felvesszük a járművek korábbi haladási irányait (e1 és e2). Az e1 és e2 egyenesek egy-egy tetszőleges pontjából kezdődően felmérjük az I1' és I2' vektorok lehetséges értékeit. 2. A megrajzolt I1', I2' vektor tartományokat tükrözzük az e1 ill. e2 egyenesekre. 3. Az eredeti és a tükrözött tartományok "szélső" pontjain keresztül párhuzamosokat húzunk az e1 ill. e2 egyenesekkel. A kapott egyenesek kijelölik az A1A2A3A4 illetve a B1B2B3B4 négyszögterületeket. Ezek a területek a járművekre ható impulzuserő vektorok ( S1 ill. S2 ) végpontjainak lehetséges helyei. (A vektorok kezdőpontja az O pontban van.) 4. Az A1A2A3A4 tartományhoz az I1' vektortartomány olyan lehetséges értékeit kell illeszteni (I1'min , I1'max), amely az e1 egyenesből a lehető legszélesebb M1'M1'' szakaszt metszi ki és ugyanezt el kell végezni a B1B2B3B4 területre és I2' -re is. 5. A keresett I1 és I2 impulzusvektorok :


20


I1 : M1'O... M1''O I2 : M2'O... M2''O A vektorok hossza lemérhető, majd a léptékkel való összehasonlítás után, a tömegekkel leosztva a járművek ütközés előtti sebességei kiszámolhatók. I2' V4'' M2'

V1'' V2''

I2'max

V3 ''

M 2 '' I2 'min I2

I1'

M 1'

M 1''

I1'max

I1'min

B1 S2

B3 B2

I1 S1

A4

V4 '

B4

O

e1

A3

V3 '

V1 ' V2 '

A1

A2 e2

9. ábra 3. EES módszer

Az EES-módszer az energia-megmaradás törvényéből indul ki, felhasználva a fent említett, a deformációs energia becslésére szolgáló eljárást. E T 1 + E T 2 + E R 1 + E R 2 = E ' T 1 + E ' T 2 + E ' R 1 + E ' R 2 + E D1 + E D 2 + E S ET1, ET2 ER1, ER2 E'T1, E'T2 E'R1, E'R2 ED1, ED2 ES

mozgási energiák az ütközés előtt forgási energiák az ütközés előtt mozgási energiák az ütközés után forgási energiák az ütközés után a rongálódással felemésztett energiák egyéb elnyelt energia ( hő, hang, ... stb. )

a fenti energiákra vonatkozó összefüggések : mozg. en.: E T =

1 2 1 1 mv , a forgási energia E R = Jω 2 , a deformációs e. E D = ⋅ ms ⋅ EES 2 2 2 2

az összefüggés egy másodfokú egyenletté alakítva v1-re, hosszas levezetés után:


21


v1 =

m  1 1  m2 ⋅  1 ⋅ v '1⋅ cos(v '1 − v1 ) + v '2 ⋅ cos(v '2 − v1 ) + K + 2 X  +   m1 + m2  m2  m1 m2    

(27)

ahol az együtthatók : 2

m  K = v ' −2 ⋅ v '1⋅v '2 ⋅ cos(v '1 − v '2 ) + v ' − 1 ⋅ v '1⋅ sin(v '1 − v1 ) + v '2 ⋅ sin(v '2 − v1 ) (30)  m2  2 1

X=

2 2

1 1 1 ⋅ J1ω '12 + J2ω '22 + m1 ⋅ EES12 + m2 ⋅ EES22 − ⋅ J1ω 12 + J2ω 22 2 2 2

(

) (

)

(

)

(31)

Az ütközés előtti sebességek nagysága és iránya : a v2 vektor x irányú komponense : v2 X = v '2 ⋅ cos(v '2 ) +

m1 ⋅ (v '1⋅ cos(v '1 ) − v1 ⋅ cos(v1 )) (32) m2

a cos(v'2) kifejezés az x tengely és a v'2 vektor által bezárt szög koszinuszát jelenti a v2 vektor y irányú komponense : v2Y = v '2 ⋅ sin(v '2 ) +

m1 ⋅ (v '1⋅ sin(v '1 ) − v1 ⋅ sin( v1 )) m2

(33)

2 2 v2 vektor nagysága : v2 = v2 X + v2 Y (34) v2 iránya : < v2 = arctan

v2 X v2Y

(35)

megjegyzés : A járművek ütközés előtti haladási irányát a helyszínrajzból közelítőleg ismerjük és a számítás során fel is használtuk. az összefüggéssel kapott szöget összehasonlíthatjuk a felvettel, így az egy ellenőrző adatként szolgálhat. Az x tengelyt célszerű valamelyik (általában az 1-es számmal jelölt ) jármű ko-

rábbi haladási irányával egyező irányban felvenni. 4. Perdület-tükrözéses eljárás

Nem centrális ütközések esetén, az impulzus hatásvonala nem megy keresztül a jármű súlypontján, ami forgatónyomatékot eredményez. A forgató hatás miatt a járművek kiperdülnek, és pörögve, sodródva érik el nyugalmi helyzetüket. A forgatónyomaték és a szöggyorsulás közötti összefüggés: M = Θ ⋅ β , ahol : Θ a test tehetetlenségi nyomatéka β a test szöggyorsulása más megközelítésben:


22


M=

S × a ahol ∆t

S az impulzus S = I ' − I "a" a súlypont és az S egyenesének merőleges távolsága ebből adódik: S × a = Θ S ⋅ (ω '−ω ) (36) β a szöggyorsulás : β =

dω (ω '−ω ) = ω'/ω az ütközés utáni/előtti szögsebesség dt ∆t

Az ütközés utáni szögsebesség ( ω' ) meghatározásakor az energia-megmaradás törvényét kihasználva, az ütközés utáni pillanatban levő forgási energia, a kifutási pörgés során a súrlódással felemésztődik. A kifutás során a jármű haladó és forgó mozgást végez. Ezt felbontjuk egy egyenes vonalú, és egy saját súlypont körüli forgó mozgásra. A szögsebesség meghatározásakor ez utóbbit vesszük figyelembe. A jármű elfordulását a 10. ábra szemlélteti. 1'

ϕ' 1

S

R

10. ábra a kerekek által megtett út (ívhossz ): 1 s ≈ ⋅ R ⋅ ϕ ' ahol R a tengelytávolság ϕ' az elfordulás radiánban, majd ω' -t kifejezve : 2

ω'=

m ⋅ a '⋅R ⋅ ϕ ' Θs

(37)

A további eljárás érdekében 11. ábrán látható módon az S vektor helyett egy olyan S* vektort veszünk fel, melynek a jármű súlypontjára vonatkoztatott forgatónyomatéka megegyezik az S -ével.


23


S * ⋅ e = Θ S ⋅ (ω '−ω ) általában az ütközés előtti szögsebesség ω=0 : S* =

ΘS ⋅ω ' e

S S*

rendezés után : 1 S * = ⋅ m ⋅ a '⋅R ⋅ ϕ '⋅Θ S e

S

a e

(38)

K

11. ábra S* értéke ezzel meghatározható, és egy szerkesztéshez a továbbiakban felhasználható. Az S* értékére a súrlódási együtthatók sávos felvétele miatt egy tartományt kapunk, amit a szerkesztés során felhasználunk A szerkesztés a 12. ábrán látható. A megfelelő pontosság érdekében a járműveket célszerű legalább 1:50-es méretarányban megrajzolni. 1. Megrajzoljuk a súlypontokat és az ütközési pontot összekötő egyeneseket (e1 és e2), majd ezekre merőlegesen felvesszük az S*1 és S*2 vektorokat. ( S*1'.. S*1'' ill. S*2'.. S*2'' ). 2. A vektorokat tükrözzük az e1 ill. e2 egyenesekre, és az S* vektorok és tükörképeik végpontjain keresztül párhuzamosakat húzunk a megfelelő e1 illetve e2 egyenesekkel. 3. Az így kapott egyenesek két paralelogramma területet határoznak meg. Ezen területek végpontjaihoz a I'1 ill. I'2 vektorok szélső értékeit illesztve, az eredeti haladási irányból kimetszhetők az I1 ill. I2 vektorok. (13. ábra) Az utóbbiakból a sebességek meghatározhatók.

I*1'' I*1' S1

I*2'' I*2'

e1 K

I*2''

e2

I*2' *

I 1' I*1''

S2

12. ábra


24


I'1max I'1min

S1 I1max

I1min

S2

I'2min

I2min I'2max I2max

13. ábra 5. Energia-gyűrűs eljárás

Az energia-gyűrűs eljárás a deformációk által felemésztett energiákból számolja a járművekre ható impulzust, közvetett módon. A deformációs energiát, és az ütközés során fellépő impulzuserőt a két jármű ütközés előtti relatív sebességével fejezi ki, majd rendezés után a kettőt egyenlővé téve kapjuk a kívánt összefüggést. A deformációs energia : Ed =

m ⋅m 1 1 2 2 ⋅ 1 − k 2 ⋅ 1 2 ⋅ (v1 − v2 ) ill. E d = ⋅ 1 − k 2 ⋅ m * ⋅vrel 2 2 m1 + m2

(

)

(

S = 2 ⋅ Ed ⋅ m *

(1 + k ) (1 − k )

)

(39)

(40)

a deformációs energia : E def =

1 1 ⋅ m1 EES12 + ⋅ m2 EES22 (41) 2 2

Redukált tömegek bevezetésével az összefüggés alkalmassá válik excentrikus ütközések számítására. Θ m ⋅ i2 m ⋅ i2 Θ m ⋅m i12 = S 1 i22 = S 2 m* értéke : m* = 1 2 ahol : m1 = 2 1 1 2 és m2 = 2 2 22 m1 m2 m1 + m2 i1 + a1 i2 + a2


25


a : a súlypont és az ütközési impulzus egyenesének merőleges távolsága (14. ábra )

a1min S1

a1max K a2max S2 a 2min

14. ábra 1. A járműveket méretarányosan felrajzoljuk és felvesszük az ütközési pontot ( K ) 2. Megfelelő lépték felvétele után körívet húzunk a kiszámított S értéktartományának alsó és felső értékével 3. Felrajzoljuk a járművekre ható impulzuserő becsült szögtartományát. 4. A szögtartomány a körgyűrűből két szeletet vág ki, amely körgyűrű-szeletek a járművekre ható impulzuserő vektorok lehetséges végpontjai. (A vektorok a K pontból indulnak. )

S1 K S2

15. ábra


26


6. Területmetszékes szerkesztő eljárás

Ez a szerkesztési eljárás nem más, mint a három, már ismertetett grafikus módszer metszete. • az impulzus-tükrözéses eljárás • a perdület-tükrözéses eljárás • és az energia-gyűrűs eljárás.

Ezek a módszerek :

Mindhárom módszer egy-egy területet ad meg a járművekre ható impulzus-vektor végpontjának lehetséges elhelyezkedésére. Ezen területek metszete már egy leszűkített tartomány, amely a sebességek pontosabb behatárolását teszi lehetővé. A három terület metszetéhez, az impulzustükrözéses eljárásnál ismertetett módon hozzá illesztjük az I'1 és I'2 vektorok szélső értékeit, és a járművek korábbi haladási irányából kimetsszük I1 -t illetve I2 -t. Az ütközés előtti impulzusvektorok ismeretében a sebességek kiszámolhatók. A szerkesztés eredménye a 16. ábrán látható.

I'1max I1max

I'1min I1min

S1 K

S2

I2min

I'2min

I2max I'2max

16. ábra


27


7. Sebességszalagos módszer

A sebességszalagos eljárás egyenes, központos ütközések számítására. Akkor alkalmazható eredményesen, ha az ütközés rugalmatlannak mondható (k≈0), a járművek ütközés után együtt mozognak, és a kifutási szakaszban nincs számottevő elfordulásuk. A számítás során összefüggéseket írunk fel a járművek sebességei között, majd ezeket egy v1, v2 koordináta-rendszerben ábrázoljuk. A megoldást a függvények metszeténél kapjuk. v1 = 2 ⋅ E d ⋅

m1 + m2 + v2 m1 ⋅ m2

(42)

ahol : Ed a felvett EES értékekből számolt deformációs energia és v1 -et kifejezve : v1 =

m1 + m2 m ⋅ v k − 2 ⋅ v2 m1 m1

(43)

Megjegyzés : ezzel a módszerrel számolható baleseteknél a v1 és v2 egymással többnyire egy egyenesbe esik. Az ellentétes irányt ellentétes előjellel vesszük figyelembe, a képletben szereplő vk közös sebességet a kifutás számítás során felvett lassulásértékekből számolhatjuk ki.

1. A 42-es egyenlet egy egyenes egyenlete, amely a v1,v2 koordináta-rendszer v1 tengelyét a m + m2 v1 = 2 ⋅ E d ⋅ 1 pontjában metszi, meredeksége pedig 45°. m1 ⋅ m2 2. A 43-as egyenlet szintén egy egyenes egyenlete, amely a v1 tengelyt a v1 =

m1 + m2 ⋅ v k pontm1

m2 m1 3. A megoldást a két egyenes metszéspontjának (P) a tengelyekre való kivetítésével kapjuk. (17. ábra ) ban metszi. Meredeksége : −

v1 ( 4.7.2.1. ) Impulzustételből

( 4.7.1.2. ) Deformációból

v1

m1 + m2 ⋅ vk m1

P

2 ⋅ Ed ⋅

m1 + m2 m1 ⋅ m2

45°

v2 17. ábra


28

v2


8. Előrefelé számítás az ütközési pontok közös elmozdulása alapján

Bemenő adatként az ütközés előtti sebességeket vesszük fel, majd kiszámoljuk az ütközés utáni sebesség és szögsebesség értékeket. A módszer az ütközési pontok (K) közös elmozdulásán alapul. A K pont az ütközésre jellemző, a járművek egymásra gyakorolt erőhatásának támadáspontja. Ez az ütközési pont a járművek karosszériáján bejelölhető, és az ütközés pillanatában, mindkét járműnél gyakorlatilag egyező nagyságú és irányú sebességgel mozdul el akkor, ha a járművek számottevően nem csúsznak el egymáson. Az ütközési pont felvételéhez meg kell rajzolnunk a járművek legalább 1:50 méretarányú rajzát. A járművek rongálódása és a feltételezett ütközési helyzet alapján a járműveket egymáshoz illesztjük, majd bejelöljük a K pont valószínűsíthető helyét. Mivel a K helyének felvételétől további adatok függnek így, annak hatása van a későbbi eredményre. Az eljárás eredményeként az ütközés utáni pillanat sebesség, és szögsebesség adatait kapjuk meg, melyeket a járművek kifutási számításából kapottakkal összehasonlítva, megállapíthatjuk, hogy a kezdeti sebességértékeket helyesen vettük-e fel. A bemenő adatokat (beleértve az ütközési pont helyét is) addig kell változtatni, amíg a járművek kifutásának megfelelő eredményt kapunk. Ez a hosszadalmas számítás igényli a számítógép használatát. Az összefüggések ismertetése adott keretek között nem lehetséges. 9. Előrefelé számítás ( PC-CRASH, CARAT programok alapján)

Az előző pontban vázolt számítási eljárás az impulzus-megmaradás, és a perdület-megmaradás törvényeit használta fel excentrikus ütközésekre. Nem vette figyelembe sem az ütközési tényezőt (k), ami valós ütközéseknél igen fontos paraméter, sem a gépkocsik közötti súrlódási tényezőt (µ). Ez utóbbi azért lényeges, mert a járművek között fellépő impulzuserő nem lehet akármilyen nagyságú és irányú, mivel azok egymáson elcsúszhatnak. Erről a későbbiekben még szó esik. Az adott számítógépes eljárás bemenő adatként itt is az ütközés előtti sebességeket használjuk fel. Az ütközési pontok elmozdulását ez is figyelembe veszi, de nem csak a sebességük egyenlőségéből indul ki, hanem számolhatja is azokat. A számítás végén ezen sebességek egyenlőségéből (vagy eltéréséből), vagy egyéb ellenőrző adatokból tudhatjuk meg, hogy helyesen választottuk-e meg a kezdeti sebességek nagyságát, irányát, az ütközési és súrlódási tényezőket, az ütközési pontot és síkot. A számítás menete igen hosszú, és rendszerint többször kell elvégezni, amíg a kívánt eredményt megkapjuk, ezért csak számítógépes programmal célszerű használni. A balesetvizsgálathoz használatos szimulációs programok (PC-CRASH 4.x,5,x, CARAT 2.x,3.x) is felhasználják ezt az eljárást az ütközés utáni mozgásállapotok megállapítására. Ebből kiindulva lehet szimulálni a kifutási szakasz alatti járműmozgásokat. A kifutás szimulációja pontos járműdinamikai modell megalkotását, és a kerék út kapcsolat jó megközelítését igényli.


29


A számítások ellenőrzési lehetőségei

Az ütközési számítások helyességének ellenőrzésére, az alkalmazott eljárástól függően több lehetőség is szóba jöhet. Az egyik lehetséges mód, hogy a számítást több különböző eljárással is elvégezzük, majd megnézzük, hogy az így kapott eredmények mennyire fedik le egymást. A különböző számítási eljárások nem mindig ugyanazokat a bemenő adatokat igénylik. (Pl. az impulzus módszerhez nem szükséges a deformációs energia, ekkor a bemenő adatként nem használt értékeket (pl. EES, k ) számolni lehet, és össze lehet hasonlítani tapasztalati értékekkel. Ezen túlmenően, különböző tapasztalati tényezők, faktorok is megjelentek, melyek gyakorlati értékét nagyszámú ütközési kísérlet alapján, értékintervallumokkal, vagy diagramokkal ábrázolva határozták meg. 1. Számított, és a nyomokból adódó szögérték összehasonlítása :

Egyes esetekben a járművek ütközés előtti irányait nem csak a helyszínrajzból vehetjük fel, hanem a kapott sebességvektorokból ki is számolhatjuk. (pl. EES módszer ) A helyszíni nyomokból adódó, és a számolt mozgásirányokat összehasonlíthatjuk, melyek nem térhetnek el lényegesen egymástól. 2. Az ütközési pont elmozdulásainak összehasonlítása :

A gyakorlatban alátámasztott feltételezés szerint az ütközési pont (K) az ütközés pillanatában mindkét jármű esetén közel azonos nagyságú és irányú sebességgel mozog. Erre számítási eljárás is épül, de ellenőrzésre is felhasználható. Az előrefelé számítás során a bemenő adatokat addig kell pontosítani, amíg az ütközési pont sebessége és szöge a két jármű esetén egy bizonyos értéknél nem tér el jobban egymástól. Az általában megengedhető szögeltérés : 5 - 10°, a megengedhető sebesség eltérés kb. 4 - 6 km/h Egy baleseti szimulációs program (CARAT 2.0) számítási eredményét ábrázolja a 18. ábra. A rajzon látható, hogy az ütközés utáni pillanatban milyen irányú és nagyságú lesz az ütközési pont sebessége. Ezen felül még az ütközés síkja (T), és normálisa (N), a fellépő ütközési impulzus (S), valamint a járművek ütközés előtti (I) és utáni (I') impulzusvektorai.


30


T

N I'2

S2

v'K2 v'K1

I2

S1 I1 I'1

18. ábra 3. Az ütközési tényező (k) értékének vizsgálata :

A k tényező az ütközés utáni és az ütközés előtti sebességkülönbségek hányadosa, melyet excentrikus ütközés esetén az ütközési pont ütközési síkra merőleges sebességeire kell vonatkoztatni. A k tényező értékének elméletileg 0 és 1 közé kell esnie : k=0 : tökéletesen rugalmatlan ütközés 0
:

" vegyes " ütközés

k=1

:

tökéletesen rugalmas ütközés

Az ütközési kísérletek és valós balesetek eredményei azt mutatják, hogy k értéke a gyakorlatban : 0 < k < 0,3 értéktartományba esik, magas ütközési sebességek és jelentős sebességkülönbségek mellett a tényező értéke kisebb. 4. A járművek sebességváltozása :

A járművek sebességváltozása összevethető azok rongálódásával. Viszonylag nagy sebességváltozás nagyobb deformációt eredményez, ami fordítva is igaz. 5. A járművek közötti súrlódási tényező ( µ ) :

A súrlódási tényezőt egyes számítási eljárásoknál (pl. előrefelé számítás) nekünk kell megadni, de másoknál (pl. impulzus-tükrözéses szerkesztés) az eljárás eredményéből számolható. 6. Az ütközési, és a kifutási számításból kapott szögsebességek összehasonlítása :


31


Az ütközés utáni szögsebességeket a kifutás számításával meghatározhatjuk a helyszínen talált sodródási nyomokból, és a járművek véghelyzetéből. Az ütközési számítás során is kapunk eredményeket ezekre. A különböző úton kapott szögsebesség értékek nem térhetnek el lényegesen egymástól. 7. A járművek számított EES értékének összehasonlítása a becsült EES -sel :

Az energia-megmaradás törvényéből adódóan a járművek ütközés előtti összes kinetikus energiája (értve ez alatt a forgási és mozgási energiát) egyenlő az ütközés utáni kinetikus energiák, a deformációk által felemésztett energiák, és a környezetnek átadott energiák (hő, hang ...stb. ) összegével. Ez utóbbi a többihez képest elenyészően kicsi, ezért általában nem számolunk vele. A deformációs energia megoszlása a két jármű között általában nem egyenlő, hanem a járművek tömegétől, kialakításától, a rongálódás helyétől, a benyomódások mértékétől és még sok tényezőtől függ. A hatás-ellenhatás törvénye értelmében F1max=F2max. Az erőket kifejezve, és egyenlővé téve rendezés után megkapjuk a két jármű EES értéke közötti összefüggést : EES1 m2 ⋅ sD1 = EES2 m1 ⋅ sD 2 ahol : sD1 és sD2 a járművek legnagyobb benyomódásai A benyomódás helyett merevségi tényezőt is felhasználhatunk, amely a jármű felépítésére és energia-elnyelő képességére jellemző adat. A baleseti szimulációs programok ilyen adatokkal többnyire rendelkeznek, így az összes deformációs energia kiszámítása után le tudják bontani azt az egyes járművekre. Az EES értéket a jármű rongálódása alapján becsléssel is meghatározhatjuk. Az ütközési kísérletek során ismertek az EES értékek. A kísérleti járművek rongálódásait összehasonlítva a balesetet szenvedettével ezek az értékek jó közelítéssel becsülhetők. A számítással kapott EES értékek nem térhetnek el lényegen a rongálódás alapján becsültektől. 8. A sebesség energia viszony (GEV) vizsgálata :

A GEV faktor a jármű sebességváltozása, és az elszenvedett deformáció közötti összefüggést jellemzi, ütközési kísérletek során számos mérést végeztek erre vonatkozólag. ∆v GEV = faktor közelítő értékei : EES 0,9 < GEV < 1,2

elcsúszás nélküli, összeakadásos ütközéseknél

0,75 < GEV < 0,9

kezdődő elcsúszásos ( átmeneti ) esetekben

GEV < 0,75

elcsúszásos, szétválásos ütközéseknél

9. Az energia tényező (EKZ) :

A deformációk által felemésztett, és a környezetnek átadott energiák az ütközés előtti kinetikus (mozgási és forgási) energiákból származnak. Az energia-megmaradás törvényének értelmében az


32


ütközés után megmaradt kinetikus energiák összege kevesebb kell, hogy legyen, mint az ütközés előttieké, azaz , E kin EKZ = 0 ≤ EKZ < 1 E kin Számítógépes baleset-szimuláció

A járművek közvetlenül az ütközés utáni mozgási irányai, és a kifutás közbeni mozgások általában a véghelyzetekből, és a helyszínen talált nyomokból határozhatók meg. Ezeket a sebesség és irányértékeket visszafelé történő számítási eljárások alkalmazása esetén a kifutási számításból kaphatjuk meg. Az így kapott sebesség értékekből számíthatjuk ki azután az ütközés előtti mozgásállapotokat. Ezek az eljárások nem alkalmasak az ütközés utáni járműmozgások bemutatására, mivel szimulációnál a cél az, hogy ne az általunk vélt vagy visszafelé kiszámolt mozgásokat "játszassuk" végig, hanem a fizikai törvényeinek felhasználásával, a járműveket magukra hagyva, kapjuk meg azok kifutás közbeni mozgásait és véghelyzeteit. A számítógépes baleseti szimuláció a "kézi" számításhoz hasonlóan három részre tagolódik. Az első az ütközés előtti járműmozgások szemléltetése. Ebben a szakaszban a járművekkel különböző vezetési manővereket (kormányzás, gyorsítás, fékezés) lehet végeztetni. Különböző reakció és késedelmi idők bevezetésével meg lehet határozni a járművezető feltételezett észlelési helyét, és még több adatot és körülményt. A szimuláció második része maga az ütközés, amely valamelyik előrefelé történő számítási eljárással végezhető el. Ebben a szakaszban meg kell keresnünk az ütközési pontot és síkot, valamint be kell állítanunk néhány, az ütközésre jellemző paramétert (pl. k tényező, súrlódási együttható stb. ). A számítás végrehajtásával megkapjuk az ütközés utáni mozgásállapotokat. A szimuláció harmadik, kifutási szakasza ezen adatok felhasználásával indul. Ebben a részben, az elsőhöz hasonlóan, szintén adhatunk meg adatokat fékezésre, kormányzásra stb. , melyek adódhatnak a vezető közbeavatkozásából, de a járművek rongálódásából is. A baleset valósághű szimulációjához az ütközés törvényein kívül, a járművek dinamikai tulajdonságait, valamint a jármű út kapcsolatot is figyelembe kell venni. 1. Ütközés utáni járműmozgások különböző ütközési formáknál :

(A bemutatott ütközések csak egy-egy esetet ragadnak ki a számos lehetőség közül) Álló járműnek ütközés oldalról centrálisan :

19. ábra


33


Az ábrán látható, az ütközési sík és normális, valamint az elcsúszásból adódó látható guminyomok. Az ábra síkbeli szimulációval történt, de három dimenziós ütközés-szimulációval a program figyelembe veszi a súlypont és az ütközési pont talajtól való távolságát, valamint a járművek bólintó mozgásait is. Álló járműnek ütközés hátulról excentrikusan :

21. ábra A 21. ábrán látható értékablakban megjelennek a járművek ütközés előtti sebességei, valamint az ütközés során, a deformációkból számított EES értékek. Az ütközési pont helyzetét is itt lehet beállítani. Frontális ütközés : Frontális ütközés látható a 22. ábrán. A járművek megközelítőleg 40 %-ban ütköztek. Az ütközési sebesség mindkét járműnél 50 km/h. A képen látható az ütközési pont és az ütközési sík elhelyezkedése, valamint a járművek ütközés előtti és utáni impulzusvektorai.

22. ábra


34


Nem központos ütközések : Egy valós baleset során létrejött, nem központos ütközés látható a 23. ábrán. A járművek ütközés előtti sebességei, és a számolt EES értékek a párbeszédablakban láthatók.

23. ábra Az ütközés három dimenziós képe látható a 24. ábrán. A balesetet szenvedett Opel és Lada gépkocsik rongálódását a 25. ábra mutatja be.

24. ábra


35


Opel Vectra

Lada 1200

25. ábra A balesetnek CARAT 2.0 programmal végzett szimulációja látható a 26. ábrán. A 3-as és 4-es számú járművek a helyszínrajzon berajzolt véghelyzeteket jelölik.

26. ábra


36


Merev falnak ütközés 40% -os átfedéssel : A gyári kísérletek alkalmával gyakran elvégzett ütköztetés. A szimuláció során ugyanaz a jármű (Mercedes 190 E) különböző sebességekkel ütközik. A leválás utáni járműmozgásokat a 27. ábrasorozat szemlélteti. Az egyes esetek alatt az ütközési sebesség, az ütközési tényező, valamint a számított EES érték szerepel.

b.) v=20 km/h k=0,2 EES=15,8 km/h

c.) v=30 km/h k=0,18 EES=26,4 km/h

e.) v=50 km/h k=0,1 EES=44,9 km/h g.) v=70 km/h k=0,05 EES=61,3 km/h


37


A PC-CRASH által szolgáltatott egyéb lehetőségek :

Itt néhány olyan lehetőség tanulmányozható, amely megkönnyíti a baleset körülményeinek minél pontosabb tisztázását. A bemutatásra kerülő műveletek többsége PC-CRASH 4.0-4.1 baleseti szimulációs programmal végezhető el, de egyes lehetőségek csak a 4.2.verzión futnak. A baleset helyszínrajzának elkészítése :

Elvégzésére egy beépített segédprogram szolgál. A helyszín út és környezet elemekből felépíthető, amely lehetővé teszi, hogy az ütközést az eredetihez hasonló környezetben mutassuk be. A 28. ábra ilyen helyszínrajzra helyezett ütközést szemléltet.

28. ábra A 4.2.-es programverzió a környezet elkészítésének egy valóságosabb formáját teszi lehetővé

29. ábra Ha a helyszínrajzból nem ismerjük az ütközés helyét, akkor a helyszínt a járművekhez képest úgy kell elmozgatni, hogy a járművek helyszínrajzon megjelölt megállási helye megegyezzen a szimuláció véghelyzetével. Ezáltal az ütközési pont korábbi helye kiadódik.


38


Lehetőség van a helyszín fényképén elvégzett ütköztetésre is. A program tartalmaz egy olyan programmodult, amely normál magasságból készített fotót felülnézetté konvertálja. A méretarányok a programon belül lemérhetők és átalakíthatók. A helyszínrajz bitmap (*.bmp) formájában a programba vihető, majd a szimuláció ezen is elvégezhető. Ilyen képet mutat a 30. ábra.

30. ábra 3D ábrázolás :

A PC-CRASH a 4.1-es verziótól kezdve képes a balesetet három dimenzióban szimulálni, és ábrázolni. Ehhez szükség van a járművek geometriai adataira, és az ütközési pont talajtól való távolságára. A 3D -s szimulációból mozgó-film készíthető, amely szabványos *.avi kiterjesztése miatt már bármely olyan programmal megtekinthető, amely ennek lejátszására alkalmas. A korábba bemutatott frontális ütközés 3D-s szimulációja látható a 30. ábrán.

30. ábra


39


3D szimuláció eredeti helyszíni fényképbe illesztése :

A baleseti jegyzőkönyv fényképmellékletében általában van olyan fényképsorozat, amely az ütközés színhelyét a járművek érkezési irányaiból, több távolságból is mutatja. A fényképek a programba vihetők. A járművek ilyen fényképbe való illesztésével bemutatható, hogy a vezetők egymást adott időpillanatokban milyen helyzetben láthatták. Ilyen esetet mutat be a 31. ábra. Az ábrán látható vonalak az időben egymáshoz tartozó járműhelyzeteket jelölik.

31. ábra Az ütközés előtti járműmozgás szintén bemutatható a helyszíni fényképbe való beillesztéssel.

32. ábra Vezetési manőverek hatásának szimulációja :

Előfordul, hogy a baleset nem ütközés, hanem valamilyen helytelen vezetési manőver miatt következik be. A jármű-út kapcsolat hirtelen megváltozása (pl. defekt, jégre futás stb.) is okozhat balesetet. A járművezetői beavatkozás előre ismert módja (a kormány elfordítása az idő függvényében, a pedálerő változása, stb.) alapján a mozgás a CARAT-programmal ellenőrizhető, de a PC-CRASH programban a felhasználó szempontjából egyszerűbben lehet ilyen eseményeket létrehozni. A járműveket lehet fékezni, gyorsítani, kormányozni stb. Meg lehet adni a rugalmassági és csillapítási


40


tényezőket, a fékerő eloszlást akár kerekenként is. Be lehet állítani, hogy a jármű ABS -szel felszerelt vagy sem, és még sok lehetőség van a körülmények megadására. Egy nagy sebességnél végrehajtott hirtelen kormánymozdulat hatását mutatja be a 33. ábra.

33. ábra A járműveket -mindkét program esetében- egy megadott nyomvonalon is végig lehet vezeni. A program ellenőrzi, hogy adott járműsebességnél végig lehet-e ezzel haladni. A 34. ábra esetén a nagy sebesség miatt a jármű nem tudja teljesíteni a megadott nyomvonalat, a manőver három dimenzióban a 35. ábrán látható.

34. ábra

35. ábra Budapest, 1998…2002

41


Járműszerelvény ütközésének és mozgásának szimulációja :

A PCCRASH programban lehetőség van a járművek után vontatmányt kapcsolni, sőt a járműszerelvények ütközése is szimulálható. A 36. ábra egy nyerges-vontató mozgását mutatja be. A jármű egyenes úton fékez, majd egyik oldalával kisebb súrlódású felületre hajt, az esemény három dimenziós képen is megjeleníthető.

36. ábra További lehetőséget nyújt az ACCIDENT 3D háromdimenziós szimuláció, amely személygépkocsi, személygépkocsi és utánfutó, tehergépkocsi, autóbusz, forgózsámolyos pótkocsit vontató tehergépkocsi, nyerges-vontató és nyerges félpótkocsi mozgását képes megjeleníteni. A modell ütközések közvetlen elemzésére még nem alkalmas, de a kerekekre ható erőket, nyomatékokat, a vonó és fékezőerők, oldalerők hatását, a rugózást, csillapítást, az útfelület különféle egyenetlenségeit, a jármű borulását szemléletesen képes megjeleníteni DOS-számítógépes környezetben.

Korszerű számítógépes programok a közlekedési balesetek rekonstrukciójában A közúti közlekedési balesetek rekonstrukciójában és elemzésében, mind növekvő mértékben alkalmazzák a komplex számítógépes programokat. A műszaki szakvéleménynek érthetőnek és ellenőrizhetőnek kell lenni. Ezt a követelményt az új számítógépes rekonstrukciós technikákra alapuló technológiák alkalmazása során is figyelembe kell venni. Ez a gyakorlatban a szöveges rész és a számítási rész külön választódását eredményezi és a számítások bemenő adatait olyan mértékben közlendők, hogy azonos, vagy hasonló programmal a számítás eredményei egy másik és képzett műszaki szakember számára ellenőrizhetők legyenek. A programozás során megjelenő tételek a következők: 1. A mechanika alaptörvényei (Newton törvényei, impulzus – perdület - energia tétel) 2. A különböző anyagokra vonatkozó törvényszerűségek, amelyek többek között abroncsok tulajdonságaira, a járművek deformációs jellemzőire vonatkoznak. 3. A program keretében alkalmazott egyszerűsítések, amelyek mindig szükségesek, mivel a valóság nem minden részletében írható le matematikai módszerekkel.


42


Miközben a matematikai alaptörvények képletekkel jól kifejezhetők, hosszú ideje ismertek és megfelelőképpen megbízhatóak, az alkalmazott anyagokra vonatkozó törvényszerűségek mindig a különböző komplexitások pragmatikus közelítésével, a mért és megfigyelt anyagi viselkedésekkel kerülnek meghatározásra. Ezek a megközelítések nem mindig támaszkodnak a fizikai levezetésekre, gyakran empíriák. Az alkalmazott program hiba százalékát, az alkalmazónak valós esetek nagy számú elvégzésével, más programok eredményeinek, valamint kísérletek eredményeivel való összevetésével lehet behatárolni. A számítógépes baleset rekonstrukciók (minden egyes megoldásnál) egy különösen komplex rendszerből tevődnek össze. A műszaki fejlődés, illetve a kívánatos biztonsági szint szempontjából meghatározó jelentősége van, hogy a bírósági eljárásokban részes személyek, különösen a bírók olyan helyzetekbe kerüljenek, hogy ezeket az új technikákat a valóságos helyzetüknek megfelelően tudják megítélni.

Szimuláció Valamilyen rendszeren belül az összetevők várható alakulásának számbavétele matematikai modell segítségével. Teljesen nyilvánvaló, hogy a valóság csak többé-kevésbé jó közelítésekkel képezhető le. A műszaki folyamatok leírásának gyakorlati szimulálására először a számítógép fejlődésével vált szélesebb körben lehetségessé. Matematikai-fizikai alapösszefüggések Newton, Leibniz és más fizikusok és matematikusok munkái alapján kerültek meghatározásra. Természetesen nagyon különböző műszaki rendszerek leírása lehetséges szimulációs modellekkel. A leképzés során különböző magas szintű követelmények állíthatók fel, amelyek különböző pontossághoz és érvényességi tartományokat vezetnek, eredményeznek.

A matematikai modellekkel szemben támasztott követelmények: A modelleknek a reális rendszer jellemzőinek teljes körű, vagy elegendő pontosságú leírását kell teljesíteni az elérendő cél meghatározása érdekében. Az ebből levezetett mozgási egyenleteket közvetlenül számítógépes felhasználási célra alkalmasan kell kialakítani. Az egyenletek legfontosabb tulajdonságai a numerikus jellemzői és stabilitása. Problémát okozhat a számítások eredményének pontossága, illetve a pontatlanságok összegződő hibái.

A modell és a környezet együttes hatása A közúti közlekedési balesetek rekonstrukciója során legtöbbször közúti járművekről van szó, amelyeket menettulajdonságaik valamint más járművekkel, személyekkel vagy tárgyakkal történő ütközési jellemzői határozzák meg. Továbbá befolyásolja még az útfelület kialakítása, - állapota, a gépjármű és az abroncs állapota, valamint a menetállapot. Az útfelület állapota a konkrét helyzetet írja le, azaz a száraz, nedves, havas, jeges, vagy szennyezett útfelületet. A jármű és abroncs állapot a konstrukciós kialakításra, a kerékfelfüggesztésre, az abroncs méreteire, profil kialakításra, a guminyomásra vonatkozik. A menettulajdonságra a haladási sebesség, a hosszirányú és oldalirányú gyorsulás, a gépjárműlengések és a gépkocsivezetői befolyásoló szerep a meghatározó. Ezek a kerékterhelésre, a gumiabroncs relatív mozgására, a szlipre és az oldalkúszási szögre, mint tranziens befolyásolók hatnak. A korszerűbb szimulációs program matematikai gépkocsivezető modellt is tartalmaznak. A legegyszerűbb járművezetői feladat a szükséges forgalmi sáv, követési távolság, és a sebességtartási


43


tulajdonság. A gépkocsivezető a környezeti változásokra a vezérlés és szabályzástechnika törvényszerűségeinek megfelelően reagál, de a kritikus menettartományokban végzett vizsgálatokra egy ilyen modell már nem alkalmazható és egy balesettel összefüggő pánikhelyzet gyakran eredményez ilyen kritikus mozgástartományt.

A szimulációs modellek verifikálása A matematikai modelleket megfelelő módon ellenőrizni kell. Ez alatt azt értjük, hogy valós gépjárművekkel meghatározott kísérleteket kell elvégezni, és az eredményeket rögzíteni. Ezeket a kísérleteket azután szimulálni kell. A kísérletből és a számításból származó adatoknak tolerálható eltérési tartományon belül kell lennie.

Animáció Az eltervezett mozgás egymást követő mozzanatait egyenként hozzák létre, majd kockánként rögzítik. Ennek az aspektusnak kitüntetett jelentősége van, mivel a mozgó képek magas fokú szuggesztivitással rendelkeznek. Az animációból leszűrt következtetések arra alkalmasak, hogy meg lehessen állapítani, hogy az animációt jól, vagy kevésbé jól készítették el. Azt, hogy az animáció a valóságos kísérletek jó közelítését adja, csak akkor lehet jól megítélni, ha ismert a módszer, mely segítségével az animáció eredményéhez jutottak.

A szimulációs programok alkalmazásának lépései: • Az objektív kiindulási adatok, többek között a balesetben részesek és tárgyak véghelyzete, nyomok az útfelületen, tárgyakon és gépjárműveken, károk felsorolása. • Az eredmények összeállítása, ismertetése, amelyeket nagy biztonsággal az objektív kiindulási adatokból kerültek megállapításra. Ez lehet, pl.: a relatív és az úthoz viszonyított ütközési helyzet, a deformációk besorolása EES érték szerint, az út számítása, amelyeket a baleset előtt, illetve utána megtettek. • A kiegészítő információk ismertetése, amelyek nem objektív kiindulási adatokból származnak. • A leginkább valószínűsíthető baleseti folyamat hipotézisének meghatározása. • Az eredmények ellenőrzése a szimulációs programok segítségével. • Előbbiek alapján egy új hipotézis felállítása ismételt ellenőrzés céljából. • Az így kapott értékek finomítása ellenőrző értékek segítségével, illetve bizonyos korlátok segítségével, amelyeknek a szignifikáns fizikai értékek tartományában kell lenniük. A tolerancia tartomány megadása. A kiindulási pontokat és az alkalmazott elemzési módszereket kielégítő módon kell dokumentálni, csak ilyen módon lesz egy szakvélemény ellenőrizhető és megismételhető.


44


Carat számítógépes szimuláció Helyszínrajz A programmal elkészíthető a helyszín méretarányos rajza. Ehhez rendelkezésre áll egy beépített, egyszerű rajzoló modul. A pontos rajzolást megkönnyíti az ún. háromszögeléses eljárás, amellyel a helyszínen elvégzett mérési adatokból előállítható egy hálózat, melynek pontjait összekötve megkapjuk a helyszín méretarányos rajzát. Lehetőség van a papíron létező vázlat beolvasására (szkenner) is. Az így előállított raszterkép (bitmap) méretarányosra nagyítható, majd háttérként használva a kontúrvonalak berajzolhatók. Az így elkészített rajzokat önállóan is el lehet menteni, így azok újra felhasználhatók. A program fejlesztett 4-es verziójához olyan rajzoló tartozik, amellyel más tervezőprogramokban megszokott módon, azokkal kompatibilis rajzok készíthetők. Sokféle rajzeszköz segíti a munkát, mint pl. fogók, tárgyraszter, felhasználói koordinátarendszer, koordináták közvetlen megadása stb.

Háromszögelés

Útrajzok készítése

Dinamikai számítás A program 3-as verziójában alkalmazott dinamikai járműmodell 3 szabadsági fokú. (transzláció a síkon, függőleges tengely körüli forgás) A jármű teljes tömege a súlyponthoz van rendelve. A karosszéria bólintási- és billenési szögét a járműre ható tehetetlenségi erők függvényeként, a rugómerevségek figyelembe vételével számítja ki a program. A program fejlesztés alatt álló, 4-es verziójához lényegesen bonyolultabb, több-szabadságfokú (multibody) modellek lettek kifejlesztve, amelyekkel valódi térbeli mozgások (pl. borulás) is szimulálhatók. A következő modellvariációk állnak rendelkezésre: független kerék-felfüggesztésű személyautó utánfutóval, 2-,3-,4-tengelyes teherautó modell kormányzott- vagy központi tengelyes pótkocsival, nyerges-vontató. A rugózott- és rugózatlan tömegek terhelési állapottól függő tehetetlenségi tulajdonságait (tenzor) kiszámítja a program. Nem lineáris rugó- és lengéscsillapító karakterisztikák is megadhatók. Tehergépkocsik esetében a lap-/légrugók energiaelnyelő képességét, valamint a kormányműben létrejövő deformációk hatását is szimulálja a program. Teherautóknál, különösen hosszú járműszerelvényeknél a fékhatás késleltetett kialakulása, valamint a fékhatás kialakulásának időfüggvénye is jelentős tényező. A differenciálegyenlet-rendszer numerikus megoldása egy implicit, többlépéses prediktor-korrektor eljárással történik. Az eljárás a megadott pontossági követelmények szerint automatikusan vezérli a lépésközt és az alkalmazott prediktor eljárás rendjét, az eredményeket utó-iterációval javítja (korrektor).


45


A fékerő eloszlás személyautónál a fékerő eloszlási diagram segítségével, teherautóknál tengelyenként állítható be. A programban alkalmazott abroncsmodell (IPG-Tire) a mérésekkel alátámasztott abroncskarakterisztikák matematikai függvényekkel való közelítésén alapul. A programmal különböző tulajdonságú abroncsokkal szerelt járművek is szimulálhatók a jellemző paraméterek (pl. az abroncs teherbírása, merevsége) megadása után. Az abroncs és az útfelület közötti tapadás a sebesség függvényében adható meg, akár kerekenként is. Az útfelületen eltérő tapadású tartományok is definiálhatók. A program fejlesztés alatt álló verziójában a gumi deformációjának hatása az erők időbeli kialakulására is hatással van (dinamikus gumimodell), valamint szimulálható a guminyomás változása az idő függvényében (pl. gumidefekt) is. A vezető tevékenysége (kormányzás, fékezés, gázadás) táblázatos formában adhatók meg. A járművek irányíthatók egy automatikus vezető-modell segítségével is, amely a megadott pályán való haladáshoz szükséges kormánykerék elfordulási szöget folyamatosan számítja.

Kinematikai számítás A program 3-as és jelenleg alkalmazott verziójában a járművek és objektumok 2 szabadsági fokkal (pálya ívhosszúság és úszási szög) mozgathatók a síkon. A járművek egy tetszőleges pontja (vezetőpont) mozgatható tetszőlegesen egy adott pályagörbe mentén. Ezáltal vizsgálhatók pl. az Ackermann-feltétel szerint, vagy egy hátsótengely kormányzású, ívmentben haladó jármű kinematikai viszonyai is. A mozgás sebességi és gyorsulási viszonyai táblázatos formában vagy diagramm (foronómiai görbék) segítségével számíthatók. Jelentős segítséget jelent az is, hogy a főablakban a mozgás fázisai a számítással szinkronban vannak megjelenítve. A program fejlesztés alatt álló, 4-es verziójában a járművek hosszirányú mozgása azonos módon számítható egy tetszőleges térgörbe mentén. Ehhez a grafikus képen interaktívan, tetszőlegesen beállított, elforgatott fázisok között a program (nemlíneáris) interpolációval automatikusan kiszámítja a szükséges átmenetet.


46


Ütközés számítás Az ütközési számítás egy idealizált modell segítségével történik, a módszer helyes alkalmazásához azonban mindig szem előtt kell tartani a módszer lényeges jellemzőit, a valóságos folyamat idealizálását. Ezek a következők: az ütközési lefolyási idejének, az ütközés során fellépő helyzetváltoztatásoknak, valamint az ütközési erőkön kívül ható egyéb erők elhanyagolása. Az ütközési analízis három módszer valamelyikével lehetséges: EES-számítás vissza, impulzusszámítás vissza, valamint impulzus számítás előre. A választás alapja a rendelkezésre álló, számítás alapjául szolgáló bemenő paraméterek ismerete. Ezekből azután mindegyik módszerrel kiszámítható valamennyi, az ütközés vizsgálatában jelentőséggel bíró többi érték. Ezek nagy segítséget nyújtanak a számítás helyességének megítélésében. A járművek ütközés-felismerése automatikus. A szimulációban résztvevő járművek szinte korlátlan számban ütközhetnek egymással vagy a környezet más objektumaival (pl. terelőkorlát, oszlop, házfal stb).

Eredmények ábrázolása, animáció A program fejlesztése során lényeges szempont volt a grafikus ábrázolás minősége, sebessége. A szimuláció egész folyamata grafikusan megjelenített, az animáció szinkronban van a számítással, a felhasználó számára filmszerűen követhető. Lehetőség van felülnézeti és 3 dimenziós,


47


perspektívikus ábrázolásra is. A kamerapozíció interaktívan állítható be, de lehetőség van arra is, hogy a kamera a járművet kövesse, így pl. akár a vezető szemszögéből is követhetők az események.

A PC-Crash szimulációs program A program 1990-ben kezdett fejlesztése óta a világ összes földrészén és 18 nyelven fut, az alkalmazók száma több ezer, köztük vezető autógyárak, biztosító társaságok, igazságügyi szakértők, rendészeti szervek. A PC-CRASH a balesetrekonstrukciók körében felmerülő problémák gyorsan megválaszolhatóak, a program fejlesztését gyakorló szakértők irányításával végezték, emiatt a program igen „felhasználóbarát”. Az eredmények azonnal grafikusan és text formájában is dokumentálhatók. A PC-CRASH legfontosabb sajátosságai a következők: •

szimuláció egyszerre 32 járművel

•

minden bevitt adat azonnal grafikusan megjelenik

•

kinematikai szimuláció (út/idő reakció rajzzal)

•

kinematikus számítás

•

kinematikus és kinetikus nyomkövetés

•

kinetikus mozgás-szimuláció (járműmozgás kifutás)

•

3 dimenziós kinetikus mozgásmodell

•

fékerő-eloszlás meghatározás, figyelembevétel

•

valóságos gyorsítási folyamat számítás motorfékkel és légellenállással


48


•

Kudlich-Silbar féle ütközési modell

•

Impulzustükrözés, perdület-tükrözés

•

3-dimenziós ütközési modell

•

beépített EES-katalógus (járműrongálódás-katalógus)

•

automatikus ütközésszámítás

•

automatikus kifutásszámítás a megállásig

•

pótkocsis jármű számítása, két- három-tengelyes

•

pótkocsi mozgás-szimuláció (kormányzott, nem kormányzott, nyerges)

•

többszöri ütközés két jármű között

•

oldalnézet

•

gyalogosmodell

•

kerékpáros és motorkerékpáros modell

•

út/idő megtekintés

•

különböző diagrammok mérőszalaggal

•

deformálódott jármű

•

kinetikus nyomkövetés

•

az elkerülhetőség automatikus számítása

•

új adatbank

•

további gumimodell

•

automatikus ütközéspont optimálás, ütközési pont, sebességváltozás az ütközéskor, és véghelyzet meghatározás

•

kormányzási reakció, dőlés és súrlódás meghatározás

•

borulás számítás

•

a járműkárosodások megadása és mérése

•

a láthatóság és az észlelhetőség vizsgálata

•

az oldalszél befolyása

•

eredmények megjelenítése

•

ütközési paraméterek bemutatása, nyomtatás

•

3-dimenziós perspektivikus ábrázolás

•

kamera helyzetének meghatározása

•

automatikus video-animáció készítés

•

fix, vagy mozgatott kamera

•

lényegesen jobb 3D grafika

•

OPEN GL port (spec. Grafikai illesztő felület)

•

minden fontos funkció közvetlenül választható


49


•

valóságos járműábrázolás DXF-fájlal,

•

valóságos járműábrázolás fényképpel,

•

járműábrázolás speciális három dimenziós rajzkészlettel,

•

három dimenziós járműképek beépítve,

•

számos tevékenység a képernyőmenüben

•

interaktív segítség

•

rajzprogram, beépített alapelemek, kereszteződés, utcarész

•

kidolgozott 3D utcarész

•

dinamikus adatcsere más,

•

kiterjesztett adatbank DSD98, DSD2000, DSD 2001,

•

DDE port a rajzprogramhoz PC-SKETCH,

•

Madymo-port (egyszerű utasmodell, utasmozgás ütközésnél),

•

port ADAC adatbankhoz,


50


•

képek feldolgozási lehetősége (minden érvényes forma: BMP, GIF, TIFF, JPG, PCX, EPS),

•

nyomtatási kép,

•

nomtatási minta készítés,

•

automatikus tárolás ( felhasználó meghatározhatja az intervallumot),

•

kiindulás egy baleseti rekonstrukció helyreállításához,

•

új szövegformátum,

•

értékek exportálása RTF formában,

•

jegyzőkönyv nyomtatás,

•

járműrongálódás meghatározása

•

nyelvválasztás 18 nyelv közül munka közben,

•

környezet-érzékeny segítség,

•

dokumentáció jelenleg 3 nyelven áll rendelkezésre (német, angol, francia) átkapcsolás különböző mértékegységek között (pl: km/h, mph, m/s, f/s, m, láb),

•

új részállapotok ablak,

•

rajzprogram a diagramablakban,

•

diagramexport DXF formában,

•

a közlekedési környezet három dimenziós kialakítása,

•

a korlátozott látási viszonyok közötti balesetekhez adatexport és a számolt eredmények megjelenítése,

•

a szállított rakomány mozgásának hatása,

•

példák

Az „Előrefelé számított szimuláció”


51


Az ”előrefelé számított szimuláció” olyan járműmozgást ír le, ahol az időlépték pozitív, az idő a valós folyamatnak megfelelően előre halad. A járművek sebessége pozitív és negatív lehet.(haladhatnak előre, illetve hátra) Csaknem az összes olyan modellnél, amit a járműmozgások kinematikai szimulációjára használnak, az erőket a következő komponensekre bontják: A keréktalpponti erő (Függőleges erő) olyan komponenst jelent, ami a mozgáspálya síkjában fekszik és merőleges az érintősíkra, ahol az idealizált keréktalppont található. Az oldalerő a kerék forgási tengelyével megegyező irányú A kerületi erő iránya a jobbsodrású rendszerből adódik. Ezenkívül minden kerékre egy másik koordinátarendszert is definiálunk, ahol a kerületi erő irányának (xr" - irány), az oldalerőnek (yr" - irány) és a függőleges erő irányának (zr" - irány) felel meg.(következő ábra) A kerületi erő legtöbbször a keréktalpponti erő, a kerületi szlip és a kúszás függvényeként van megadva. A kerületi szlip a kerék középpontjában levő abszolút sebesség kerületi irányába eső komponenséből és a kerék kerületi sebességéből számolható. Az oldalerőt legtöbbször a ferdefutási szög függvényében adják meg, ez a kerék középpontjában levő sebesség és a kerületi erő által bezárt szög. A legtöbb gumimodell a kerékerőket (oldalerő és kerületi erő) a szlip (kerületi szlip és a ferdefutási szög) függvényében adja meg különböző paraméterekkel.

mért

számítási modell

A balesetek rekonstruálásakor abból kell kiindulni, hogy a járművezető fékezési, kormányzási és gyorsítási viselkedését csak becsülni lehet. Arra is lehetőséget kell adni, hogy a megváltozott paraméterek hatását így a fellépő hibákat egyszerűen tudjuk megadni. A gumiabroncs megválasztás példája a következő ábrákon látható.


52


A járművek kiválasztása adatbankból:

A jármű mozgásegyenletei A járműre ható külső erők meghatározása után felírhatók a járműtestre vonatkozó mozgásegyenletek. A fenti egyenletekből jól látható, hogy a gépjármű modellek felírásához szükség van a súlypontkoordinátákra és a tehetetlenségi nyomatékokra is.

Visszafelé számított szimuláció Kinematikai A kinematikai „visszafelé számított szimuláció” elvileg olyan, mint az „előrefelé számított szimuláció”. Az összes számítás azonban negatív időléptékkel történik.


53


Kinetikai A kinetikai „visszafelé számított szimuláció” olyan numerikus modellezést tételez fel, ahol a nem lineáris egyenletrendszernek több matematikailag megfelelő megoldása létezik. A legfontosabb kihívás a fizikailag lehetséges megoldás megtalálása. Ennek érdekében a PC-CRASH két különböző modell közötti választást kínál:

Csúszás Ez a modell csak akkor ad kielégítő megoldást, ha az összes kerék csúszik. Fizikailag a modell azzal dolgozik, hogy a kerékerőket az „előrefelé számított szimulációnál” megadott módon számítja. A mozgásegyenletek (impulzus-, perdület megmaradás) és negatív időléptékkel való integrálása előtt a kerékerők azonban megfordulnak.

Mozgás Ez a modell a Predictor-Corrector(hibajósló) algoritmussal dolgozik. Az utolsó időlépésből kiindulva első lépésként a járműpozíciót és a mozgásértékeket veszi fel. Ezekből az értékekből kiindulva kezdődik az „előre szimuláció” a megadott időléptékkel. Második lépésként a megadott értékeket korrigálja a program a kiszámított hibák figyelembevételével. A korrekcióhoz szükséges paraméterek az „előrefelé számított szimuláció”-val történő összehasonlítással optimalizálhatók..

Nedves tapadás A kísérletek azt mutatták, hogy a nedves úton elérhető maximális lassulás a sebesség függvénye. A PC-CRASH ezt a legjobban elterjedt hiperbolikus modellel közelíti. A modellt mind kinematikai mind kinetikai modellnél alkalmazható. A kiindulási értékek a 20 és 80 km/h-hoz tartozó lassulások.

Pótkocsi modell A PC-CRASH pótkocsi modellje a vonójármű és a pótkocsi közti valós kapcsolópontra épül. A kapcsolóerőt szintén folyamatosan számolja a program, annak érdekében, hogy a jármű és a pótkocsi gyorsulása a kapcsolópontban megegyezzen. A modellel mind a mozgásviszonyok mind a helyszükséglet tetszőleges sebességnél vizsgálható. Még a tolatás is vizsgálható.

A számítás menete: A jármű és pótkocsi mozgásának a kiszámítása kapcsolópont nélkül. Következő lépésként ezekből a mozgáskörülményekből kiindulva meghatározhatók a jármű és pótkocsi gyorsulása a kapcsolópontban. Ezek az erők olyan gyorsulását eredményezik a kapcsolópontnak, ami az eredeti mozgás körülményekre lineárisan rakódik rá. Abból a feltételből, hogy a jármű és a pótkocsi kapcsolópontjában ható erők összes komponensére igaz, hogy azonos nagyságúak de ellentétes irányúak, továbbá a kapcsolópont gyorsulása azonos egy lineáris egyenletrendszer adódik, ami invertálható. Igy a kapcsolóerő komponensei közvetlenül számíthatók. A tényleges mozgásviszonyok az egyes komponensek összegezéséből adódnak.


54


Ütközési modell

A program kétféle ütközési modellt ajánl fel. Mindkét modell abból indul ki, hogy az ütközés nagyon rövid idő alatt megy végbe, a járművek mozgását veszi figyelembe az ütközés alatt. Ezen kívül az erőátvitel egy pontban következik be (klasszikus ütközési modell). A bővített ütközési modell, amit jelenleg minden járműgyártó alkalmaz (ütközési szimuláció, végeselemes módszer segítségével) a program fejlesztése során fokozatosan jelenik meg és várhatóan a CRASH 7.0-s változatától áll rendelkezésre. Az Kudlich-Slibar féle ütközési modell lehetővé teszi a kifutási paraméterek számítását a bemenő adatok megadásával (tömeg, helyzet).

Bemenő impulzus Kudlich-Slibar féle modell: Az ütközést Newton után két szakaszra bontható: Az összenyomódási szakasz: Az érintkezési pontban mindkét jármű egymás felé mozdul. Fennmaradó rész: A járművek az érintkezési pontjuktól elmozdulnak, azonban az anyag rugalmas viselkedése miatt még egy ütközési erő működik. Newton az ütközési időben integrálta ezt az erőt, és ezzel új fogalmakat határozott meg: Az összenyomódási mozgást Sk és a maradékmozgást Sr Az összefüggés függ az alakváltozás viselkedésétől, mindkét jármű esetében. A PC-CRASH-ben mint változó paramétert adhatja meg. Kudlich-Slibar féle modell figyelembe veszi a járulékos impulzus cserét, ami az ütközés mozgásán keresztül forgási sebességváltozást eredményezi. Kudlich-Slibar meghatározta az egyenletes csúszást, aminek segítségével a járulékos csúszást mindkét járműnél kiszámíthatja. Az ütközési folyamatot két részre osztotta:


55


St: megadja az ütközési erő komponenst a tangenciális csúszáshoz Sn: megadja az ütközési erő komponenst a normál csúszáshoz Kapcsolatot az St/Sn között Kudlich-Slibar korlátozta.(csúszás-ütközés). Tehát a meghatározható súrlódási kúpszöget a PC-CRASH szögben megadja, és grafikusan ábrázolja az ütközés bemutatásánál.

Kimenő impulzus/nyomaték A visszafelé történő szimuláció azt jelenti, hogy a bemenő paraméterek számítása egy meghatározott ütközés-kifutási helyzetből indul. Ennek a szemléletnek akkor van jelentőssége, ha az ütközéskifutás sebességét pontosan meg tudjuk becsülni. A PC-CRASH-ben mindkét modell rendelkezésére áll, az első a kimenő impulzus meghatározásából, a másik a kifutási impulzusnyomaték meghatározásából származik.

Impulzus-megmaradás Értékmegadás: Az ütközés kimenő impulzus iránya és nagysága mindkét járműnél, valamint a bemenő impulzus iránya. Eredmény: A bemenő impulzus nagysága, mindkét jármű esetében. Ellenőrző érték: Szögsebesség változás az ütközés alatt, súlypont sebességváltozása, a lökés iránya és nagysága

Impulzusnyomaték megmaradás Értékmegadás: Az ütközés kimenő impulzus iránya, szögsebesség mindkét járműnél, valamint a bemenő impulzus iránya. Eredmény: A bemenő impulzus nagysága, mindkét jármű esetében. Ellenőrző érték: Sebességváltozás az ütközés alatt, súlypont sebességváltozása, a lökés iránya és nagysága.

EES számítás Ha az ütközés helyzete és a deformációs út ütközési pontja is ismert, a PC-CRASH a deformációs energiát a tömegviszony és a deformációs út szerint felosztja.

Gyalogosmodell A balesetek szimulációjánál a kinetikus 3-dimenziós szimulációs programban a járműveket általában merev testnek tekintik. Ez az egyszerűsítés a jármű-jármű ütközések szimulációjánál, a jármű és pótkocsis jármű, valamint a merev akadályoknál még a legtöbbször megengedhető. Üközéseknél azonban a gyalogos mozgásdinamikáját is szimulálni kell. A gyalogos nem merev test, hanem többtömegű rendszernek kell tekinteni, hogy valós eredményeket és mozgást kapjon.


56


A baleseti szimulációs program, a PC-CRASH egy több-test modellel bővült, hasonló módon és módszerrel, mint a járműütközések, szimulációjánál, a gyalogosbalesetek rekonstruálhatók. Azért hogy valós mechanizmust és elfogadható számítási időt kapjunk, a gyalogosmodell előállításához különleges figyelem kell. A többtömegű rendszer alkalmazásával is lehetőség van arra, hogy a fellépő sérüléseket és a tipikus károsodásokat ábrázoló képeket összefüggésbe hozza. Ez a komplex összefüggés egyik lényeges alkotóeleme a valóságos modelleknek a Crash tesztekben. Egyrészt a szimuláció eredményeit összehasonlítja a valós mozgásokkal, másrészt a Crashteszt segítségével kaphatja meg a fontos paramétereket a szimulációs modell egyeztetéséhez.

Modellismertetés A mozgás pontos szimulációjához szükséges a gyalogos komplex kinematikai modellje, a gyalogost nem, mint merev testet, hanem mint többtömegű rendszert tekinti. A többtömegű rendszer egy sor tömegpontból áll, saját tömeggel, amik csuklóval kapcsolódnak egymáshoz. A modell különböző anyagú és tulajdonságú (súrlódás, keménység stb.) tömegpontokból áll. A pontos geometriai másolatát általában nem szükséges vizsgálni sem, a járműveknél sem a többtömegű rendszereknél, elég a gyalogost, mint többtömegű rendszert modellezni.


57


A több tömegből álló rendszer számos állítási lehetőséggel Fontos a balesetben résztvevő jármű esetleg bólintó- vagy támolygó-mozgását figyelembe venni, mivel a jármű fékezési folyamat az ütközés pillanatában jelentős mértékben befolyásolja azt, hogy milyen messzire repül el a gyalogos, és azt hogy melyik pontokon találkozik a gyalogos a járművel. A programban lehetőség van rendszereket, alrendszereket és egy tetszőleges tömegpontot megvizsgálni és kiszámítani. Ahhoz hogy a megadott paramétereket a felhasználó számára áttekinthető maradjon, ezért a leegyszerűsített gyalogosmodell 16 tömegpontból áll és 15 csuklóval kapcsolódik egymáshoz. Ez a modell egy valós gyalogos dinamikus mozgását jól modellezi és lehetővé teszi a bemenő paraméterek gyors variálhatóságát. Ebben az esetben a program alkalmazása a járműjármű ütközését szimulálja. A gyalogosbalesetek szimulációja során különleges figyelemmel kell lenni arra, hogy lehetőleg pontosan adjuk meg a jármű frontális képét, mivel a jármű geometriai alakja jelentősen befolyásolja a gyalogos dinamikus mozgását és az elütés következtében bekövetkezett elrepülését. A gyalogosmodell tömegpontokra történő felosztásával a végcél a lehető legvalóságosabb mozgásfolyamat megvalósítása és a gyakran előforduló sérülési pontok modellezése.

Érvényesülés a töréstesztekben A szükséges törésteszteket végrehajtják, hogy a szimuláció eredménye ellenőrizhető legyen. Egyrészt a töréstesztek segítségével lehetősége van egy új modell érvényességének megállapítására, másrészt meghatározhatja a különböző paramétereket, amelyek a modellalkotáshoz szükségesek. Emiatt 1998 májusában, Szlovákiában 3 töréstesztet hajtottak végre gyalogosmodell érvényességéhez a PC-CRASH-ben.

Ez a kísérlet főleg a karosszériaforma hatását vizsgálta a gyalogos dinamikus mozgására és az elrepülésre. A szimuláció eredményei és a bábuk mozgásai közel megegyeznek. Ezzel kimutatható, hogy a felhasznált modell alkalmazható a balesetekben a gyalogosmozgás leképezésére. A gyalogos és jármű közötti találkozási pontok, amiket a szimulációval kiszámítottak, egyértelmű szoros kapcsolatot mutatott ki a kísérlettel. További kísérleteket és összehasonlításokat végeznek már végrehajtott tesztekkel, hogy tovább javítsák a modellt.


58


A modell segítségével a gyalogos-szimuláció elfogadható számítási sebességgel hajtható végre, egy elérhető személyi számítógépen. A számítások az egyes testrészek igénybevételét, a testrészek sebességét, gyorsulását, szöggyorsulását, a ráható erőket, stb. is megadja, az eltelt idő függvényében. Ezzel a többszöri elütés, ütközés során elszenvedett hatások összevethetők és az adatok orvos-szakértő közreműködésével elemezhetők.

Utasmodell A Madymo® nevű szoftverrel a gyáraknak megfelelő módon szimulálható, vagy a PC-CRASH 6.1-es programmtól a beépített utas-modell használható.

Borulási modell A borulási modellek a PC-CRASH-ben különböző érintkezési ellipszoidokat alkalmaznak, azért, hogy a járművet a meghatározott járműtípussal, járműadatokkal, megadott karosszériaformának megfelelően ábrázolja. Ehhez különböző rendű és eltérő dimenziójú hiper ellipszoidokat alkalmaznak. A különböző ellipszoidok merevsége és súrlódása különböző és különböző a kapcsolatuk, amelyet a jármű részeinek függvényével határoztak meg, pl. a súrlódási együttható ellipszoidját, amely a gumiabroncsot reprezentálja magasabb, mint annak az elipszoidnak, amely a karosszériát képezi le.


59



60


Korlátozott látási viszonyok közötti balesetek vizsgálata Jármű A következő képekkel illusztrált ablakból választható:

A Kép gomb inaktiválásával, képek nélkül csak a típusok nevei segítségével tallózhatjuk az adatállományt.

Az alábbi típusokból választhatunk: bike biciklik,motorkerékpárok car személygépkocsik other busz,mezőgazdási járművek trailer vontatók truck tehergépjárművek Fényforrás hozzáadása ilyenkor a jármű fényszóróinak kiválasztását jelenti.


61


Fényforrás A következő képekkel illusztrált ablakot kapjuk:

Jelképes jelölése az ábrán látható.

Új megfigyelő

A megfigyelőt zöld színű stilizált emberi fej testesíti meg.


62


Új ember

Az ábrán látható ember-alakzat kerül a képernyőre. Ember-alak módosítása

Az emberi testet is különböző testrészekkel szimuláljuk, hogy minden testhelyzetet be tudjunk állítani. Hasonlóan a más objektumokhoz az egyes testrészek itt is inaktívvá tehetők, így azok nem szerepelnek az ábrázoláskor sem. Az egyes testrészek helyzete külön-külön is módosítható. Kiválasztjuk a testrészt és ha a változtatás gomb aktív, akkor a megszokott módon mozgathatjuk a testrészt. A helyzethatárolás gomb aktív állapotában a program csak olyan testhelyzet beállításokat enged meg, amely a valóságban is lehetséges. A visszaállít gomb segítségével az alapállapotba (álló) helyezzük vissza az embert. Az ember nemét, testmagasságát, körfogatát (testalkatát) is megadhatjuk:


63


Egyéb akadályok Alap akadályok

A különböző akadályokat tudjuk ezekből az elemekből felépíteni, és a baleset környezetét is jól érzékeltethetjük velük. ( pl: lakóházak )

Speciális akadályok Az ábrán az „other” menüpontot választva néhány egyedi objektum helyezhető el a szimulációnkban. Ide tartozik két féle lámpaoszlop és egy esernyő.


64


Nyomvonal

Az ábrán látható módon pontok határozzák meg a nyomvonal menetét. Amelyeket a bal egérgomb egyszeri lenyomásával helyezhetünk el egymás után, vagy az ismertetett „Eltolás-elforgatás” ikon segítségével, kézzel is beadhatjuk a pontos koordinátákat. Nem egyenes szakaszokat helyezünk le, hanem érintő görbéket alkot a program, amelyek alakját az előző és az utána lévő pont határozza meg. Így elkerülhetőek az éles átmenetek, létrehozhatóak a valóságos mozgáspályák. Út létrehozása:


65


Az ábrán látható módon –a nyomvonalhoz hasonlóan-pontok határozzák meg az út menetét. Amelyeket a bal egérgomb egyszeri lenyomásával helyezhetünk el egymás után, vagy az ismertetett „Eltolás-elforgatás” ikon segítségével, kézzel is beadhatjuk a pontos koordinátákat.

Útparaméterek: Sávszélesség:

1

0-10

Padkaszélesség:

2

0-10

Árokméret (belső):

3

-10-10

Gyalogjárda:

4

0-10

Külső árok:

5

-10-10

Járdamagasság:

4 magassága -10-10 Zöld terület:

6

0-10

Zöld terület mag:

6 magassága

-10-10

Útburkolati jelek:


1: baloldali padka

„A”

2: baloldali sáv belső széle

„B”

3: jobboldali sáv belső széle

„C”

4: jobboldali padka

„D”

66


Kereszteződés rajzolása:

Módosítása: Itt az egyes részegységek megjelenítése nem kapcsolható ki, de kiválasztva külön-külön módosíthatók. Sávok száma: Itt a kereszteződésbe befutó utak számat adhatjuk meg 2-6ig. Út paraméterei: Minden befutó útnak külön változtathatók a paraméterei, amelyek a következők (méterben kifejezve, és a megadható határértékekkel): Szélesség:

Útfelület szélessége 0-20

Eltolás:

Az adott úttestet önmagával párhuzamosan eltolható mindkét irányban

Lekerekítés

-20-20

A lekerekítés görbülete változtatható 0-200


Járdaszél:

A járda szélessége

0-10

Járda mag:

A járda magassága

0-10

67


Kitüntetett pontok:

Háromszögelési módszer:

A szimulált mozgások a világítási programmodulba kerülnek


68


A betöltött jármű és a gyalogos a vezetőülésből szemlélve, még „látható”, munkaközi állapotban

A számítások végén készült animáció vetítése, valós idő alatt szemlélteti az észlelhetőséget.


69


IRODALOMJEGYZÉK

[1]

Dr. Ternai Zoltán

:

A közúti forgalombiztonság Műszaki Könyvkiadó, 1980

[2]

Dr. Melegh Gábor

:

Előadási jegyzetek “Közlekedésbiztonság I.-II. 1994-1997. BME Gépjárművek Tanszék

[3]

Dr. Melegh Gábor

:

Előadási jegyzetek “Baleseti formák értékelése” 1984-1987. BME Közlekedésmérnöki kar, Szakmérnökképzés

[4]

Dr. Melegh Gábor

:

Gyalogosbalesetek műszaki szakértői vizsgálata 1987. Kandidátusi értekezés 1987. Dresden

[5]

Dr. Melegh Gábor

:

Közlekedési Bírák Egyesületének lapja 1-7

[6]

IbB

[7]

Dr Hermann Steffan :

PC-Crash 4.x Bedienungshandbuch

[8]

Dr. Burg / Dr. Rau

Handbuch der Verkehrsunfallrekonstruktion Verlag Information GmbH, 1981

[9]

Danner-Halm

(H. Burg)


: Handbuch Fahrdynamik und Kollisionanalyse 1995, Előadás-vázlat

:

: Technische Analyase von Verkehrsunfällen Krafthahrzeugtechnischer Verlag, 1981

70



71

A baleseti számítások felépítése

Recommend Documents