VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ ÚSTAV SOUDNÍHO INŽENÝRSTVÍ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ ÚSTAV SOUDNÍHO INŽENÝRSTVÍ

Ing. Aleš Vémola, Ph.D.

Komplexní hodnocení podpory analýzy silničních nehod simulačním programem Analysis of road accidents with support of simulation program

Teze habilitační práce Obor: Soudní inženýrství

Brno 2009

KLÍČOVÁ SLOVA Simulační programy, PC-Crash, Virtual CRASH, technická analýza silničních nehod, metody soudně inženýrské analýzy, matematický model, kritické hodnocení výsledků, chyby při technické analýze, lidský faktor.

KEY WORDS Simulation programs, PC-Crash, Virtual CRASH, technical analysis of road accidents, methods of forensic engineering analysis, mathematical model, critical assessment of results, errors in technical analysis, human factor.

MÍSTO ULOŽENÍ HABILITAČNÍ PRÁCE Originál habilitační práce je uložen na sekretariátu Ústavu soudního inženýrství Vysokého učení technického v Brně.

© Aleš Vémola, 2009 ISBN 978-80-214-4020-3 ISSN1213-418X

OBSAH 1 ÚVOD ........................................................................................................................................... 6 1.1

Cíle práce ............................................................................................................................. 7

1.2

Současný stav analýzy silničních nehod .............................................................................. 7 1.2.1 První úroveň............................................................................................................. 7 1.2.2 Druhá úroveň ........................................................................................................... 8 1.2.3 Třetí úroveň.............................................................................................................. 8 1.2.4 Čtvrtá úroveň ........................................................................................................... 9

2 PROGRAMY PRO ANALÝZU SILNIČNÍCH PROGRAMŮ.................................................. 10 2.1

Vybrané problémy teorie střetů.......................................................................................... 10 2.1.1 Koeficient restituce ................................................................................................ 10 2.1.2 Základní fyzikální zákony používané při analýze střetu......................................... 14

2.2

Simulační program PC-Crash ............................................................................................ 14

2.3

Simulační program Virtual CRASH .................................................................................. 16

2.4

Další simulační programy .................................................................................................. 17

2.5

Vliv podkladů na řešení střetu ........................................................................................... 19

3 HODNOCENÍ PODPORY ANALÝZY SILNIČNÍCH NEHOD SIMULAČNÍM PROGRAMEM ........................................................................................................................... 20 3.1

Hodnocení technické analýzy s podporou simulačního programu ................................... 20

3.2

Chyby při technické analýze s podporou simulačního programu ...................................... 24

4 DALŠÍ ROZVOJ SPECIALIZACE ANALÝZY SILNIČNÍCH NEHOD V OBORU SOUDNÍ INŽENÝRSTVÍ .......................................................................................................................... 25 5 ZÁVĚR........................................................................................................................................ 26 6 LITERATURA............................................................................................................................ 27 7 ABSTRAKT................................................................................................................................ 28

3

Ing. Aleš Vémola, Ph.D. (* 1952, Svitavy) Autor v roce 1977 absolvoval Fakultu strojní VUT v Brně, katedru spalovacích motorů a motorových vozidel. V roce 1987 absolvoval postgraduální studium technického znalectví na ÚSI VUT v Brně pro obory doprava, strojírenství a ekonomika, později také pro obor ekonomika, oceňování movitého majetku, strojů a zařízení. V letech 1998 až 2005 absolvoval doktorský studijní program oboru Soudní inženýrství na Fakultě strojního inženýrství a Ústavu soudního inženýrství VUT v Brně. Studium úspěšně zakončil obhajobou doktorské práce v listopadu 2005 na téma „Problematika znalecké analýzy jízdy a brzdění vozidla v obecném prostorovém oblouku“. Po absolvování fakulty působil mj. ve výrobní konstrukci motorů Zbrojovky Brno a na Integrované střední škole automobilní v Brně jako učitel odborných předmětů. Od roku 1998 je zaměstnán na VUT v Brně, Ústavu soudního inženýrství, od roku 2008 jako odborný asistent pro obor Soudní inženýrství, vedoucí odboru znalectví ve strojírenství, analýza dopravních nehod a oceňování motorových vozidel a tajemník ústavu pro vnější vztahy. Od roku 1987 je jmenován znalcem pro základní obor doprava, ekonomika a strojírenství. Od roku 1997 přednáší odborné předměty v dopravním specializačním studiu, od akademického roku 2008/2009 v nově akreditovaném navazujícím magisterském studijním programu Soudní inženýrství. Od akademického roku 2001/2002 vyučuje předmět Soudní inženýrství v prezenčním a kombinovaném magisterském studiu na katedře kriminalistiky Policejní akademie ČR Praha. Je iniciátor a vedoucí kurzu pořádaného ÚSI VUT v Brně „Metodické zdokonalování znalecké analýzy silničních nehod s podporou simulačního programu PC-Crash“, průběžně od akademického roku 2002/2003, je lektor Justiční akademie v Kroměříži v seminářích „Dokazování v trestním řízení se zaměřením na trestné činy v dopravě“ pro soudce a státní zástupce. Publikační, výuková a výzkumná činnost zahrnuje odborné články, publikace a lektorskou činnost v oblastí konstrukce, diagnostiky a zkoušení vozidel, analýzy silničních nehod, problematiky pojistných podvodů při fingovaných dopravních nehodách, spolupráce soudního lékařství a inženýrství při analýze dopravních nehod, biomechanických aspektů při analýze dopravních nehod, technické analýzy silničních nehod pro pracovníky státní správy, policie, soudce a státní zástupce. V letech 2000 až 2001 byl spoluřešitelem výzkumného projektu GAČR Experimentální ověřování jízdních manévrů vozidel - GAČR 103/00/0722 a v letech 2000 až 2002

4

spoluřešitel výzkumného projektu GAČR Standardizace a harmonizace postupů soudních znalců při analýze silničních nehod - GAČR 103/00/1748. Je členem Vědecké rady Ústavu soudního inženýrství VUT v Brně od 26.11.2007, člen prezídia Asociace znalců a odhadců ČR, člen předsednictva EVU - NS v ČR (Evropské společnosti pro výzkum a analýzu nehod – Národní skupiny v ČR), člen redakční rady, zástupce šéfredaktora časopisu Soudní inženýrství, časopisu pro soudní znalectví v technických a ekonomických oborech. Od listopadu 2009 byl jmenován předsedou poradního sboru předsedy Krajského soudu v Brně pro posuzování odborné způsobilosti žadatelů o znalecké oprávnění z oboru ekonomika, doprava a strojírenství.

5

1

ÚVOD Neustálý dynamický rozvoj automobilové dopravy s sebou přináší a bude přinášet přes

veškerou snahu i v budoucnosti mj. negativní důsledky. Kromě nepříznivých vlivů provozu motorových vozidel na životní prostředí jsou to hlavně silniční nehody, se kterými jsou spjaty hmotné škody a zejména škody na zdraví osob a ztráty na lidských životech. Zdroj pravidelných informací o nehodovosti na pozemních komunikacích České republiky je možno nalézt ve statistikách zpracovávaných Policií ČR, viz [5]. Na začátku tohoto století se předpokládalo, že v zemích EU dojde mezi roky 2001 až 2010 ke snížení počtu obětí silničních nehod o 50 %, to znamená meziroční snížení počtu usmrcených osob nejméně o 7,4 %. Jednou z nejvýraznějších aktivit Ministerstva dopravy zaměřených tímto směrem bylo vytvoření Národní strategie bezpečnosti silničního provozu, k němuž však došlo až v roce 2004. Tato Strategie si v souladu se závazky Evropské komise kladla ambiciózní cíl - snížit do roku 2010 počet usmrcených v silničním provozu na polovinu úrovně roku 2002. Podle tohoto záměru mělo za pět let zemřít na českých silnicích maximálně 650 osob. Tento počet byl zaznamenán již koncem srpna 2008. Statistika následků nehodovosti za rok 2004 naznačovala, že Česká republika vykročila v této oblasti správným směrem a že cíle Strategie pozvolna naplňuje. Bohužel se ukázalo, že vývoj nehodovosti a tedy i trend snížení počtu usmrcených nebyl trvalý. Strategie prosazovala přijetí důrazných opatření v několika oblastech, které mají vliv na bezpečnost silničního provozu. Šlo o zvyšování bezpečnosti vozidel, bezpečnosti dopravní infrastruktury a především preventivní i represivní důraz v oblasti lidského faktoru. Jedním z největších problémů je totiž podle Ministerstva dopravy nedostatečné prosazování práva proti nedbalosti, nekázni a bezohlednosti až agresivitě mnohých řidičů, kterým chybí jakýkoli pocit zodpovědnosti za zdraví a život vlastní i ostatních účastníků silničního provozu. Výrazným faktorem je také nevelký respekt vůči platným zákonům. Tato situace je v ČR zásadně odlišná od zemí západní Evropy, kde jsou řidiči ve svém chování mnohem vyspělejší. Dalším negativním faktorem je přístup Ministerstva dopravy k novelizaci zákona o provozu na pozemních komunikacích v roce 2008; ministr dopravy například vůbec nereagoval na „Otevřený dopis soudních znalců“. Z čísel statistik (v roce 2008 bylo na silnicích usmrceno 992 osob, do konce 10. měsíce roku 2009 to bylo 701 osob) je zřejmé, že záměr snížit počet usmrcených na 650 osob a snížit tedy počet nejzávažnějších silničních nehod se v ČR nedaří naplňovat, a i připravované změny v novele předmětného zákona mají obsahové rezervy, které by mohly podporovat snižování počtu nehod a jejich následků, zejména počty usmrcených osob. Je zcela zřejmé, že znaleckou analýzu si 6

vyžaduje nejen vyšetřování těch nejzávažnějších silničních nehod a případné následné projednání před soudem, ale občas i projednání takových nehod před správním orgánem, při kterých vznikla jen hmotná škoda, nebo při kterých za své zranění účastník odpovídá sám. Znalci v oboru městské a silniční dopravy se specializací na technické posudky o příčinách silničních nehod v posledních letech čím dál tím více využívají ke zpracování posudků simulační programy. Autor této habilitační práce, za podpory vybraných kolegů – znalců z celé ČR, proto inicioval vytvoření kurzu „Metodické zdokonalování znalecké analýzy silničních nehod s podporou simulačního programu PC-Crash“, který se koná průběžně od akademického roku 2002/2003 (viz pedagogická činnost autora). 1.1

CÍLE PRÁCE Cílem předkládané práce je hodnocení simulačních programů jako podpory pro technickou

analýzu silničních nehod s přínosem pro vědní obor Soudní inženýrství, zejména výuku budoucích znalců, zkvalitnění metodiky zpracování znaleckých posudků již jmenovanými znalci a pro lepší orientaci policie a justice při posuzování znaleckých posudků při analýze silničních metod. Po seznámení široké odborné veřejnosti s výsledky předkládané habilitační práce lze očekávat všeobecné zkvalitnění znaleckých posudků při analýze silničních nehod zpracovávaných s podporou simulačních programů. Vlastnímu hodnocení předchází systematický přehled vybraných znaleckých postupů pro technickou analýzu silničních nehod a přehled simulačních programů dostupných a používaných v ČR. V závěru práce je uvedeno několik příkladů využití podpory simulačního programu pro analýzu zajímavých, někdy i mediálně sledovaných neobvyklých případů, a to nejen silničních nehod. 1.2

SOUČASNÝ STAV ANALÝZY SILNIČNÍCH NEHOD V současné době je možno využívat k technické analýze silničních nehod několik úrovní

poznání vědy a techniky, které se postupně vyvíjely a vyvíjejí se i nadále. 1.2.1

První úroveň

První úroveň technické analýzy silničních nehod představuje analýza popisným způsobem, s minimálními až úplně chybějícími výpočty, která je založena na „zkušenostech“ znalce. Absence výpočtů znemožňuje potvrzení a přezkoumání správnosti závěrů znalce. Pravděpodobnost, že závěry dosažené tímto popisným způsobem jsou nesprávné, je velmi vysoká, neboť se zpravidla jedná pouze o subjektivní názor znalce a učiněné závěry není možno přezkoumat. Tato úroveň

7

analýzy silničních nehod, jak byla popsána, byla typická pro posuzování nehod do konce šedesátých let minulého století. 1.2.2

Druhá úroveň

V roce 1965 bylo na Vysokém učení technickém v Brně na popud rektora založeno oddělení Soudního inženýrství, organizačně začleněné při rektorátu. Vedením byl pověřen autor námětu Ing. Jiří Smrček (1906 – 1987). V roce 1970 bylo oddělení převedeno na Ústav soudního inženýrství VUT v Brně, ze kterého v roce 2007 vznikl samostatný vysokoškolský ústav. Kvalitativní změny v přístupu k analýze nehod zahájilo zavedení systematického vzdělávání budoucích znalců v roce 1966/67, kdy byl uspořádán mj. první kurz teorie analýzy silničních nehod. Popisný způsob analýzy silničních nehod je typický i dnes pro starší znalce, kteří se dále již nevzdělávají. Při současném stavu poznání, vědy a úrovně techniky v oboru je nutno považovat takto zpracovávané technické analýzy silničních nehod za nedostatečné. 1.2.3

Třetí úroveň

Třetí úroveň analýzy silničních nehod je možno vysledovat od roku 1985, kdy byla vydána „Příručka znalce – analytika silničních nehod“, viz [3]. Tato úroveň využívá nejnovější poznatky z oblasti automobilové techniky, teorie vozidel, mechaniky, fyziky, elementární a aplikované matematiky. Pohyb vozidel je popsán základními fyzikálními zákonitostmi. Při analýzách se používají grafické metody, výsledky experimentálních zkoušek (například zkoušky odhození chodců v závislosti na rychlosti a tvaru karoserie vozidla nebo zjišťování vzdálenosti dopadu a rozsevu střepin v závislosti na rychlosti), výsledky nárazových zkoušek a výsledky jízdních a brzdných zkoušek vozidel. Pohyb více účastníků nehodového děje, respektive svědků je popisován v grafických závislostech v tzv. jednotném čase, například pomocí diagramu dráha – čas, intervalového diagramu atd. Jsou kladeny vysoké nároky na znalcovu celkovou znalost problematiky a na jeho analytické schopnosti. Používá se tzv. zpětný výpočet, kdy od známé konečné polohy účastníků se postupným výpočtem dospěje k výchozí poloze a rychlosti jednotlivých účastníků na začátku kolizní situace, kterou se nepodařilo odvrátit a která vedla k nehodovému ději. Bez vysokoškolského vzdělání příslušného směru, specializačního postgraduálního studia a současného stálého vzdělávání v příslušných oborech není již prakticky možné při analýze silničních nehod využívat poznatky této úrovně poznání vědy a techniky. Možnost nesprávných závěrů při důsledném dodržování poznatků této úrovně poznání vědy a techniky je velmi malá. Při použití uvedených metod technické analýzy vznikají chyby 8

v případech, kdy následně není provedena zpětná kontrola stanovených, odvozených a vypočtených výsledků. Další chyby mohou vznikat při nesprávném využívání nejrůznějších experimentálních výsledků a jejich nekritickým zevšeobecněním na nepatřičné druhy a typy nehod. Všechny dostupné metody pro tuto popsanou třetí úroveň technické analýzy silničních nehod jsou mj. uvedeny v literatuře, zejména v [1], [3], [8], [9], [12] a [26]. Rozvoj výpočetní techniky a všeobecně dostupné tabulkové procesory umožňují používat výše uvedené metody v podobě nejrůznějších naprogramovaných výpočtů, včetně možností grafických výstupů, které podstatně zrychlují zejména složitější výpočty a eliminují matematické chyby výpočtů pomocí kapesních kalkulátorů. 1.2.4

Čtvrtá úroveň

Velký rozmach používání výpočetních programů při technické analýze silničních nehod byl zaznamenám v devadesátých letech, v důsledku všeobecné cenové dostupnosti výpočetní techniky. Tímto faktem byla nastartována další úroveň technické analýzy, která využívá nejnovější stav poznání vědy a techniky v oboru technické analýzy silničních nehod a v souvisejících interdisciplinárních oborech a nejnovějších počítačových simulačních programů. Kromě zásadních metod, uvedených ve třetí úrovni technické analýzy, používají počítačové simulační programy pro analýzu nehod složité matematické modely vozidel, nejen dvourozměrné, ale i třírozměrné, zejména matematické modely pro výpočet rázu, například zřejmě nepřekonaný model KudlichSlibar. V počítačových programech jsou používány nejrůznější databáze technických parametrů vozidel a pneumatik; k dispozici je kreslicí program. Pro řešení problematiky jízdy vozidla s podporou simulačního programu je výhodou, že umožňuje provedení výpočtu pro konkrétní geometrický tvar vozovky, respektive jeho okolí, s možností volby součinitele adheze pro každý povrch zvlášť a s možností volby tuhosti odpružení podvozku vozidla a charakteristiky pneumatik. Zvolený model pneumatiky se tak přiblíží v simulaci skutečnosti, což výpočty podle analytických matematických vztahů, využívaných ve třetí úrovni analýzy silničních nehod, neumožňují. Výpočet s podporou programu, ať již zpětný nebo dopředný, tj. výpočet ve stejném směru v jakém k analyzované nehodě došlo, je graficky zobrazován na monitoru počítače, s možností volby dvojrozměrného, respektive třírozměrného pohledu z libovolného směru, pozice či výšky. U celé řady kontrolních parametrů výpočtu je možno bezprostředně provést kontrolu korektnosti celého provedeného výpočtu. Grafické výstupy znázorněné přímo na pláncích nehod respektive fotografiích místa nehody, které jsou dále náležitě popsány, jsou srozumitelné pro všechny uživatele takto zpracované technické analýzy. 9

Využívání této úrovně technické analýzy silničních nehod vyžaduje, kromě vysokých požadavků kladených na znalce, také kvalitní počítačové vybavení (hardware) a dokonalou znalost používaného počítačového programu (software) včetně znalosti úrovně jeho validace a kvalitních vstupních parametrů. Zejména se jedná o stopy zanechané před střetem, během střetu a stopy po střetu dokumentované na vozovce. Obdobně jako při předchozí úrovni technické analýzy je možnost nesprávných závěrů při důsledném dodržování poznatků čtvrté úrovně technické analýzy silničních nehod s podporou simulačních programů, zejména při korektním používání vstupních dat, velmi malá. Současný stav poznání vědy a techniky v oboru technické analýzy silničních nehod a v souvisejících interdisciplinárních oborech, při neustálém rozvoji výpočetní techniky, počítačových programů a informačních technologií, staví do popředí moderní technické analýzy silničních nehod výše popisovanou čtvrtou úroveň technické analýzy s plným využitím simulačních programů, jejichž výsledky však musí být neustále podrobovány kritickému hodnocení, včetně správnosti vstupních hodnot.

2 2.1

PROGRAMY PRO ANALÝZU SILNIČNÍCH PROGRAMŮ VYBRANÉ PROBLÉMY TEORIE STŘETŮ

2.1.1

Koeficient restituce

V obecné teorii střetů je možno rozlišovat střety centrické (následně vznik pouze translace) a excentrické (vznik translace a rotace), dále pak střety přímé (rovnoběžné rychlosti objektů před střetem) a šikmé (různoběžné rychlosti objektů před střetem). Za obecný způsob střetu je možno považovat střet excentrický, při němž vzniká pohyb translační i rotační. Modelovaný střet lze rozdělit do dvou fází. Silový průběh (průběh deformační – rázové síly FR) v závislosti na čase vzájemného kontaktu těles t je uveden na obr. 1.

Obr. 1: Časový průběh rázové síly

10

Střet těles začíná jejich prvním kontaktem. Během první fáze střetu (doba trvání t1) nastává deformace těles až do jejich největšího zdeformování – kompresní fáze střetu. Při této fázi dochází k nárůstu silového působení v místě kontaktu těles na maximální hodnotu FRmax. Tělesa v průběhu rázu mají společnou dotykovou rovinu, jež je tečná k dotykové ploše těles. Dotyková rovina se nazývá také zjednodušeně rovina rázu. Při rázu těles dochází k vzájemným pohybům těles – vzájemná kontaktní síla FR má obecný směr a není přímo kolmá na rovinu rázu; lze ji tedy rozložit na složku normálnou (vyvozuje v rovině rázu tlakové namáhání) a tečnou (vyvozuje v rovině rázu namáhání smykové). Vzhledem k tomu, že deformace vzniklá při první fázi střetu se skládá z určitých procentuálních podílů plastické (trvalé) a elastické (vratné, pružné) deformace, může být na konci deformační fáze střetu v tělesech naakumulována dostatečná energie (z elastické složky), jež způsobí oddálení těles a částečné až úplné vrácení tvaru tělesa do původního stavu. Tato fáze oddálení začíná v okamžiku maximálního působení síly FRmax a končí při nulovém silovém působení (po době trvání t2) – jedná se o druhou, restituční fázi střetu. Podle rozsahu deformace a materiálu těles pak lze rozlišit mezi krajními případy dokonale pružného (elastického) rázu a dokonale nepružného (plastického) rázu. V prvém případě se deformace těles po ukončení silového kontaktu vrátí do původního stavu, v případě druhém na tělesech zůstane trvalá deformace odpovídající maximálnímu stlačení těles na konci kompresní fáze. Mezi těmito případy se nachází ráz většiny reálných těles, včetně karoserií vozidel. Skutečné průběhy zpomalení vozidel při bariérových zkouškách jsou uvedeny na obr. 2, publikované na [4].

Obr. 2: Časový průběh zpomalení testovaných vozidel při bariérových zkouškách (vozidlo Ford Escort, betonová bariéra, nárazové rychlosti 13, 38, 52, 83 a 95 km/h) [4] 11

Vynesené hodnoty zpomalení lze přepočítat na sílu pouhým vynásobením hmotností vozidla. Z vyobrazení je patrno, že v reálu průběh deformačních sil kolísá, neboť jsou postupně deformovány jednotlivé části vozidla, přední část vozidla není materiálově, konstrukčně a tedy ani pevnostně homogenní. Při střetech vozidel dochází částečně ke vzniku trvalé deformace a částečně ke vzniku deformace vratné. Uvedená skutečnost je dobře patrna z obr. 3, na němž je vyobrazen test nárazu vozidla do bariéry při rychlosti 13 km/h (hodnota EBS by činila nejvýše 13 km/h, minimální část rozdílu pohybových energií vozidla mezi počátkem a koncem nárazu se přemění na deformaci bariéry).

Obr. 3: Průběh střetu s patrným vznikem vratné deformace na kapotě motoru Míra pružnosti je udávána koeficientem restituce k, což je poměr změn hybnosti tělesa v druhé fázi (restituční) k prvé fázi (deformační) střetu. Vzhledem k tomu, že změna hybnosti, jež je rovna impulsu rázové síly, je v obou fázích střetu (restituční i kompresní) definována vztahem: t1 + t 2 r r r r r ΔH = I R = I R 1 + I R 2 = ∫ FR ⋅ dt

(3.1)

0

lze koeficient restituce vyjádřit jako podíl obsahů ploch pod křivkou FR na obr. 1 (podíl impulsu restituční fáze a impulsu kompresní fáze) dle následujícího vztahu: t1 + t 2

I k = R2 = I R1

∫F

R

⋅ dt

t1

(3.2)

t1

∫F

R

⋅ dt

0

Celkový impuls je roven součtu obou dílčích impulsů rázové síly (modelově oba působí na jedné nositelce) a lze tedy sčítat jejich velikosti: I R = I R1 + I R 2

(3.3)

Po dosazení vztahu 3.2 do 3.3 pak dostaneme: I R = I R 1 + k ⋅ I R 1 = I R 1 ⋅ (1 + k )

12

(3.4)

Pro střet nedokonale pružných těles platí 0 < k < 1. Ze vztahu 3.4 vyplývá z fyzikálního hlediska možnost rozlišit dva mezní případy pro k nacházející se na mezích uvedeného intervalu. Pro dokonale plastický ráz platí k = 0, tedy IR2 = 0 Ns, IR = IR1 a průběh deformační síly FR by po dosažení své maximální hodnoty FRmax okamžitě strmě klesal k nule – nedocházelo by ke vzniku elastických deformací. Pro dokonale elastický ráz platí k = 1, tedy IR1 = IR2, IR = 2.IR1 a obsah plochy pod křivkou FR za čas t1 i t2 by byl shodný. Pokud si představíme jedno těleso jako dokonale elastickou kuličku, pak při jejím nárazu na překážku dokonale tuhou a neposunutelnou (druhé těleso) by došlo k odrazu kuličky proti původnímu směru jejího nárazu avšak rychlostí shodnou, jako byla rychlost jejího pohybu před nárazem. Vzhledem k tomu, že celková mechanická energie soustavy by byla v tomto případě dána pouze kinetickou energií kuličky, jejíž velikost by byla shodná ve stavu před nárazem i po nárazu (pouze v průběhu kontaktu těles by byla energie kinetická dočasně akumulována v energii pružnosti kuličky), pak by nezbyla žádná část kinetické energie pro přeměnu na energii deformační – na kuličce by nebylo patrno žádné poškození. Existují ještě případy, kdy je účelné položit -1 < k < 0. Jedná se o případy průrazu deformačních zón vozidla a rázů, při nichž dochází k odtržení střetávajících se částí. Modelově lze tuto situaci přiblížit průrazem jednoho tělesa druhým – je nutno vynaložit určitou energii pro porušení soudržnosti, ovšem kinetická energie se změní jen málo. Při střetech dvou vozidel je účelné podle druhu střetu snížit koeficient restituce k až na hodnotu přibližně -0,4; nižší hodnoty lze použít jen pro modelování střetu vozidla s překážkou typu obrubníku nebo zdi rozbořené střetem. Podle vztahu 3.4 je také patrno, že hodnota koeficientu restituce k přímo ovlivňuje velikost impulsu rázu. Při použití tohoto výpočtu střetu je spojitý průběh působících deformačních sil nahrazen diskrétním. Nejnovější konkrétní hodnoty koeficientu restituce zjištěné při praktických zkouškách byly publikovány na výroční konferenci EVU v listopadu 2008, viz tabulka 1 publikovaná v [6]. Tabulka 1: Hodnoty koeficientu restituce zjištěné při praktických zkouškách Rozdíl rychlostí (relativní rychlost) < 5 km/h 5 až 10 km/h 10 až 20 km/h 20 až 30 km/h 30 až 70 km/h

> 70 km/h

Míra výskytu

< 60 % > 60 % 0 – 30 % 30 – 60 % 60 – 100 % < 30% > 30%

Koeficient restituce 0,20 – 0,75 0,15 – 0,55 0,10 – 0,35 0,10 – 0,45 0,00 – 0,15 0,10 – 0,20 0,15 – 0,30 0,00 – 0,10 0,05 – 0,20 0,00 – 0,10

13

2.1.2

Základní fyzikální zákony používané při analýze střetu

Ať je již při analýze střetu použit jakýkoli model konkrétního objektu a libovolný výpočtový postup, je nutno respektovat fyzikální zákony. Popisované fyzikální modely a jejich zákonitosti jsou použity ve většině výpočtových metod a programů. Při soudně inženýrské analýze dopravních nehod jsou mj. užívány následující základní zákony. Zákon zachování energie hovoří o skutečnosti, že energie soustavy se během střetu nemění. U každého tělesa soustavy je nutno uvažovat energii kinetickou, rotační a deformační (deformační práce). Měrou kinetické a rotační energie je hmotnost a moment setrvačnosti tělesa (vlastnosti tělesa). Okamžitá hodnota těchto dvou energií závisí také na rychlosti translace a rotace (pohybový stav tělesa). Pro určení deformační energie byly zavedeny hodnoty EES (ekvivalentní energetická rychlost) a EBS (ekvivalentní bariérová rychlost) – jak již z názvu vyplývá, veličiny mají rozměr rychlosti a vyjadřují rychlost, která při nárazu vozidla na tuhou nedeformovatelnou a neposunutelnou překážku (bariéru), při snížení nárazové rychlosti do zastavení, způsobí stejné deformace vozidla. Pokud je bariéra deformovatelná, pak v hodnotě EBS je obsažena kromě EES i energie potřebná na deformaci bariéry (EBS = EES + EdefB). Zákon zachování hybností je nejčastěji aplikovaným zákonem, hovořícím o konstantním součtu hybností soustavy těles, na která nepůsobí žádná vnější síla. V praktickém užití platí, že součet hybností po rázu je roven součtu hybností před rázem. Zákon zachování točivosti je zákonem pro rotační pohyb, analogickým se zákonem zachování hybností pro pohyb translační. Točivost je definována jako součin momentu setrvačnosti a okamžité úhlové rychlosti v určitém pevnému bodu. Časová změna točivosti soustavy k pevnému bodu je rovna výslednému vnějšímu momentu vzhledem k témuž bodu. Moment na soustavu působí impulsomomentem, což je impuls rázové síly vynásobený ramenem, na němž působí. Zákon akce a reakce stanoví, že silové působení prvního objektu na druhý má stejnou velikost jako působení druhého objektu na první, ovšem síly mají opačný smysl (orientaci). 2.2

SIMULAČNÍ PROGRAM PC-CRASH V současnosti je asi stále nejrozšířenějším simulačním programem pro analýzu silničních

nehod PC-Crash rakouské firmy Dr. Steffan Datentechnik GmbH, založené v roce 1990 Dr. Hermannem Steffanem jako softwarová vývojová společnost [22]. Program používá model Kudlich–Silbar, který při střetech vozidel využívá koeficient restituce a při rázu vychází z předpokladu, že silový přenos mezi tělesy při srážce probíhá v nekonečně krátkém časovém

14

okamžiku a že dochází ke skokové změně pohybových veličin; při střetu se nezohledňuje pohyb vozidel v okamžiku střetu. Dále se přenos rázové síly uskutečňuje jen v jednom bodě a předpokládá se, že v okamžiku střetu jsou síly působící na vozidlo zanedbatelné. Z hlediska aplikace základních fyzikálních podmínek se jedná o propracovaný systém, který je vzhledem ke své univerzálnosti možno využívat při různých typech střetů. Silové působení mezi vozidly se definuje v jejich střetovém postavení, které je totožné s polohou na konci kompresní fáze, kdy jsou obě vozidla nejvíce přiblížena, tj. v takzvaném překrytí. Ze záznamů rychloběžných kamer, které dokumentují reálné nárazové zkoušky je patrné, že při průniku vozidel hluboko přes obrys vozidla nedochází zpočátku k výrazným změnám v porovnání s předstřetovými pohyby. Až před dosažením maximálních deformací vozidel se projevuje ovlivnění pohybových veličin (zejména rotací) a dochází k odlišnému postřetovému pohybu. Uvedený výpočet střetu není vázán na konkrétní počet dimenzí, ve kterých je výpočet řešen, záleží jen na volbě uživatele mezi rychlostí výpočtu (jednoduchostí 2D) a detailizací výpočtu (složitost dynamických dějů 3D). Rozdíl lze nalézt zejména v použitém počtu stupňů volnosti modelů vozidel a počtu měněných vstupních parametrů. Program PC-Crash používá při výpočtech střetů vozidel (obecně rázu těles) výše uvedeného modelu střetu Kudlich–Silbar při dopředném odvíjení nehodového děje s využitím změny hybností a tedy impulzů. Při tomto výpočtu lze řešit i složité nehodové děje (prostorové řešení, zohlednění jízdní dynamiky vozidel při střetu, sekundární rázy, převracení vozidel apod.). Dopředný model výpočtu je přesný a komplexní, jistou nevýhodou je naopak značná uživatelská složitost, relativní zdlouhavost řešení, vysoký počet vstupních parametrů s poměrně velkým poměrem proměnných a také složitější rozpoznání jejich konkrétních vlivů na průběh výpočtu konkrétního nehodového děje, neboť se pohybují v určitých technicky přijatelných mezích. Program PC-Crash je nejen dobrým univerzálním nástrojem pro simulaci nejrůznějších nehodových dějů, včetně simulace pohybu posádky vozidel, ale může sloužit pro výpočet dalších technických dějů, které nemusí být pouze z oblasti analýzy nehod, například simulace jízdy vozidel na nově navrhovaných komunikacích. Program je zástupcem především prostorového řešení, ale je možno použít i řešení v rovině (2D), tj. v případě, kdy položíme výšku těžiště nad vozovkou rovnu nule. Model vozidla má celkový počet stupňů volnosti rozšířen o stupně volnosti kol vozidla, mezi koly a karoserií jsou definovány pružicí a tlumicí vazby a styk kol s vozovkou je definován třením závislým na skluzu kol. Dále je na vozidle definován brzdový systém s regulací brzdného účinku, modely řízení řidičem a tuhost karoserie vozidla při převracení. Pomocí programu je možno definovat proměnné podmínky v místě nehodového děje (geometrický průběh

15

povrchu vozovky, jejího okolí, adheze na kolech i karoserii apod.). Okamžitý stav řešení je možno kontrolovat v půdorysném pohledu (2D), případně v libovolném třírozměrném pohledu (3D). Program tedy slouží pro modelování, simulaci jakéhokoli dynamického (kinetického) i kinematického děje. Kinetika je obor dynamiky, zabývající se určováním dráhy pohybujících se těles, kinematika je odvětví mechaniky, zabývající se pohybem těles bez zkoumání jeho příčin. V literatuře je proto také někdy uváděno, že simulační program používá kinetický model, respektive kinematický model. Jako výstup výpočtu s podporou programu PC-Crash (provedené simulace) pro prezentaci příslušného znaleckého zkoumání slouží protokol výpočtových parametrů a hodnot, který obsahuje vstupní, kontrolní a výstupní parametry simulace (výpočtu), grafy počítaných veličin a libovolné grafické vyjádření zobrazovaných skutečností v půdorysném pohledu, případně v libovolném třírozměrném pohledu, včetně animací vypočítaných pohybových dějů. Konečné grafické znázornění je vždy možno popisovat integrovaným kreslicím programem. 2.3

SIMULAČNÍ PROGRAM VIRTUAL CRASH Program Virtual CRASH je programem nové generace pro technickou analýzu silničních

nehod, který se objevil před rokem 2005. Rychlý vývoj počítačů a programového vybavení umožňuje čím dál více i na domácích počítačích realizovat komplexnější výpočty v reálném čase. Kromě samotné simulace nejrůznějších kolizních situací, včetně simulace pohybu posádky vozidel, umožňuje Virtual CRASH zobrazit výsledky v 2D i 3D pohledech a výstupy mohou být prezentovány prostřednictvím mnoha diagramů a tabulek. Ve srovnání s dosud známými simulačními programy má tento program velmi pohodlné a jednoduché ovládání a uživatelsky vstříčně propracovanou interaktivitu a jedinečnou nápovědu Virtual CRASH učitel. Program umožňuje trojrozměrné animace v reálném čase, což vše dohromady zkracuje potřebný čas na vlastní výpočty pro technickou analýzu silničních nehod. Program prošel obvyklým vývojem. Na trhu s produkty pro podporu analýzy silničních nehod se objevil program nejdříve v první verzi, která umožňovala simulaci pouze v rovině a chyběly jí některé potřebné nástroje. Brzy byla k dispozici druhá verze programu, doplněná o nové funkce, jako je zpětná kinematika, zpětná akcelerace, vkládání obrázku či videa jako pozadí v 3D zobrazení a řada dalších funkcí, které zpříjemňují a zrychlují práci s programem (zobrazení stromové struktury sekvencí a objektů, posouvání menu, schování levého panelu atd.). Program se pro svoje komfortní uživatelské prostředí velmi rychle rozšiřuje. Snad jediným nedostatkem programu je stálá absence technické specifikace programu a tištěného manuálu v českém jazyce.

16

Do roku 2007 nebyl publikován tištěný manuál a zejména pak technická specifikace programu, tedy popis metod, které program využívá. Oba tyto dokumenty však v současné době existují v anglické podobě a po jejich dokončení budou podle distributorů programu přeloženy do ostatních jazyků. Základní popis programu Virtual CRASH, zejména výpočtů střetů, byl v České republice poprvé uveden na XII. mezinárodní konferenci znalců – analytiků dopravních nehod v červnu 2006 v Brně. Následně byl článek publikován v [2], z něhož jsou podstatné informace převzaty. Obdobně jako u programu PC-Crash, tak i u programu Virtual CRASH slouží jako výstup výpočtu s podporou simulačního programu pro prezentaci příslušného znaleckého zkoumání protokol výpočtových parametrů a hodnot, který obsahuje vstupní, kontrolní a výstupní parametry simulace (výpočtu), grafy počítaných veličin a libovolné grafické vyjádření zobrazovaných skutečností v půdorysném pohledu, případně v libovolném třírozměrném pohledu, včetně animací vypočítaných pohybových dějů. Konečné grafické znázornění je vždy možno popisovat jednoduchým kreslicím modulem. 2.4

DALŠÍ SIMULAČNÍ PROGRAMY V této kapitole jsou stručně uvedeny další simulační programy, které jsou v současné době

odborné veřejnosti známy, ale používají se převážně v německy mluvících zemích. Tyto programy nikdy nebyly přeloženy do češtiny tak, aby mohly být výsledky jejich výpočtů a simulací použity ve znaleckých posudcích v České republice. Výjimku tvoří pouze program CARAT, který byl přeložen do češtiny, ale dynamický vývoj a uživatelský servis programů PC-Crash a Virtual CRASH měl za důsledek útlum používání tohoto programu. Počet uživatelů podle prodaných licencí výrazně nepřekročil dvě desítky a v současnosti program využívá pouze minimální počet uživatelů, kteří zpracovávají také minimum posudků. Kromě níže uvedených programů je nutno z historického pohledu zmínit programy, které byly dříve známy, některé i používány, avšak v současnosti se v praxi při technické analýze silničních nehod téměř nevyskytují. Evropské sdružení pro výzkum a analýzu nehod - EVU vyvinulo vůbec první programový balík pro řešení nejrůznějších kolizí. V programu pro řešení nehod s chodci bylo možno komplexně simulovat tento typ nehod. Obsahoval kromě jiného i možnost použít metody zúžení mezí pro určení hranic místa střetu. V databázi byly obsaženy údaje pro odhození chodce podélně i příčně a údaje pro odhození střepin čelního skla a světlometů. V samotném výpočtu bylo možno současně řešit pět variant a po vyplnění známých vstupních parametrů v tabulce matematického

17

modelu byly vypočteny automaticky všechny neznámé veličiny. V programu bylo možno dále řešit možnosti odvrácení nehody odpovídající reakci řidičů a možnosti časového zabránění nehody při maximální povolené rychlosti. Dále balík obsahoval analýzu střetu - zpětný výpočet. Tento program umožňoval analyzovat pohyb vozidla po střetu při správně zadokumentovaných stopách pomocí soustavy empirických rovnic, resp. pomocí tzv. pohybu po stopách. Zadání pohybu vozidla na jednotlivých úsecích po zanechaných stopách umožňovalo poměrně přesný výpočet rychlosti vozidel těsně po střetu. Analýza střetu - dopředný výpočet umožňovala pomocí prostorového modelu vozidla vypočítat nárazové rychlosti vozidel, všechny úhly postavení vozidel a simulovat změny jednotlivých vstupních parametrů tak, aby pohyb vozidel po střetu a jejich konečná poloha souhlasily se skutečnou polohou a pohybem. Jedním ze vstupních údajů byl údaj rychlosti těsně po střetu, který bylo možno vypočítat programem pro zpětný výpočet. Výstupem byly číselné hodnoty i grafický výstup. V grafickém výstupu bylo možno zobrazit diagram rovnováhy hybností a impulsů a dále tzv. film, tj. průběh střetu v plynulém zobrazení, resp. výběh v definovaném časovém kroku. V grafické analýze, tj. v diagramu dráha - čas a čas - rychlost, bylo možno zobrazit čtyři účastníky nehody. Výpočty pohybu byly kinematické. V pomocných výpočtech byly obsaženy standardní situace, které znalec potřebuje řešit: předjíždění, zabránění nehodě (komplexně), odbočování a změna jízdního pruhu. Další část balíku obsahovala analýzy nájezdu. V tomto krátkém programu byl obsažen výpočet bezpečné podélné vzdálenosti mezi vozidly a výpočet teoretické nárazové rychlosti. Pomocí programu sériové nehody bylo možno simulovat výpočty rychlosti a zpomalení vozidel. Tento program umožňoval simulaci průběhu nehody čtyř vozidel a grafické znázornění pohybu osob ve vozidle. Program byl vhodný pro posuzování zranění krční páteře při nárazech zezadu. Vývoj tohoto jednoduchého programu EVU pro MS DOS byl ukončen s nástupem operačního systému Windows. Slovenský výpočetní program KOLIZIA byl sestaven pro řešení nehod s chodci. Program kromě standardní nehodové situace, tj. střetu s chodcem v průběhu úplného brzdění, umožňoval analyzovat i střet před úsekem plného brzdění, tj. v průběhu náběhu brzdného účinku, resp. v průběhu reakce řidiče a před touto reakcí. Dále program umožňoval simulovat brzdění vozidla na třech površích vozovek s různým součinitelem adheze. Největší předností tohoto programu byla možnost analýzy vystoupení chodců skrytých nejen za pevnou, ale i pohyblivou překážkou. Zastavení vozidla mohlo být spojeno i s nárazem na pevnou překážku. Výsledkem výpočtu, který se zobrazoval automaticky po změně libovolného vstupního parametru, byl matematický model pohybu vozidla v průběhu nehodového děje a komplexní grafická analýza nehodového děje a možností odvrácení nehody. Součástí programu byl doplňkový program na řešení všech druhů předjíždění: předjíždění s konstantní rychlostí, se zrychlením bez omezení a předjíždění se

18

zrychlením s omezenou rychlostí. V programu byly použity kinematické výpočty, které pro řešení nehod s chodcem plně vyhovovaly. Pomocí programu WINKOL pro počítačové zpracování grafického řešení střetů dvou vozidel bylo možno jednoduchým způsobem vypočítat nárazové rychlosti. Základem programu byly principy grafického řešení rázu, tj. zákon zachování hybnosti a impulsů, zákon zachování momentu sil (otáčení) a zákon zachování energie. Simulační program CARAT (Computer Aided Reconstruction of Accidents in Traffic) zvládá řešit dynamické kolizní jevy při analýze silničních nehod. Program nabízí řešení prakticky všech typů kolizí. Pomocí podrobného matematického modelu je možno simulovat a ověřit libovolné pohyby vozidla (zrychlování, brzdění, smyk apod.). Při analýze vlastní kolize je možno použít jak metodu, která počítá pohyb vozidla z konečné polohy zpětně (výpočet zpětný), tak i metodu, která počítá pohyb vozidla ve směru jízdy do konečné polohy (výpočet dopředný). Při matematické simulaci je použit třírozměrný model vozidla, jehož zajímavým prvkem, jimž se liší od jiných programů, je charakteristika pneumatik. Je možno zadat až osm vozidel, jež mohou být vybavena rozdílnými pneumatikami s různě opotřebeným profilem. Koeficient adheze je možno zadat pro každou pneumatiku jako funkci rychlosti. Rozdělení brzdných sil u každého vozidla je možno upravit. Je možno zadat větší množství povrchů vozovky se sklonem jak podélným, tak i příčným. Program obsahuje databanku vozidel, jejíž velkou devizou je přesnost jednotlivých dat uvedených vozidel. Podle posledních informací je nyní v německy mluvících zemích k dispozici verze 3.0. Produkt předního rakouského znalce Dr.-Ing. Wernera Gratzera ANALYZER PRO řeší standardně problematiku analýzy silničních nehod pomocí diagramu dráha - čas, sériové kolize, nehody s chodcem a řadu podobných zadání jako předjíždění, odbočení, změnu jízdního pruhu, rozjetí - zastavení, zabránění nehodě atd. v podstatě v rozsahu výše uvedeného programu CARAT. I přes snahy o překlad do češtiny není v české mutaci k dispozici. 2.5

VLIV PODKLADŮ NA ŘEŠENÍ STŘETU Při reálných nehodách je nejčastějším excentrický střet dvou a více vozidel. Z tohoto

důvodu budou i rozbory vlivu podkladů a z nich provedené výpočty, ze kterých dále obvykle vyplývají i závěry, aplikovány na vozidla. Za negativní vliv na technicky přijatelné řešení střetu budou považovány ty skutečnosti, jež by mohly zanést do výpočtu střetu chybu, odchylující výsledek výpočtu od skutečnosti. Z teorie soudního inženýrství je zřejmé, že znalci mají při znaleckém posuzování k dispozici zejména objektivní podklady přímo získané nebo

19

zprostředkované a podklady subjektivní. Předpokládá se, že objektivní podklady byly pořízeny v souladu se skutečností. U subjektivních podkladů se předpokládá, že je lze buď potvrdit, nebo vyvrátit na základě objektivních podkladů zprostředkovaných, případně na základě výpočtů z těchto zprostředkovaných podkladů. Pokud je nelze potvrdit, nelze ani uvažovat jejich vliv na výpočet střetu. Pak tedy k posouzení vlivu zbývají jen objektivní podklady získané přímo, např. prohlídkou havarovaného vozidla, nebo nepřímo, zprostředkovaně, z fotodokumentace poškození vozidla. Při prohlídce poškozených vozidel znalcem je prováděno podrobnější zkoumání poškození, a to jednak zjišťování skutečností, jež nemohly být ze zprostředkovaných podkladů patrny (technický stav částí vozidla), a dále pak rozsah a charakter detailů poškození vozidel, jež byly ze zprostředkovaných podkladů zřejmé nedostatečně nebo vůbec. Samotný střet je přímo ovlivněn pouze charakterem, umístěním, rozsahem a korespondencí poškození vozidel, z nichž lze usuzovat na vzájemné postavení vozidel při střetu, na typ střetu (se skluzem, bez skluzu, ze záporným součinitelem restituce k, viz kapitola 2.1.1), na energetickou bilanci střetu apod. V nezkrácené práci je poukázáno na důležitost přesného určení hodnot EES poškození vozidel a na rozbor vzájemných kontaktů vozidel při střetu. Odrazem těchto dějů se při kompresní fázi stávají poškození konstrukce skeletů, povrchové plochy karoserií, případně i části podvozku vozidla. Přesná dokumentace a měření geometrického průběhu vnějších ploch vozidel jako celků po dopravní nehodě poskytuje znalci cenný zdroj informací o střetech, které mají být pomocí výpočtu rekonstruovány. Tato skutečnost není závislá na použité koncepci výpočtu střetu, platí shodně pro obě koncepce (diagram rovnováhy hybností a impulzu, respektive model Kudlich – Silbara mající shodný základ), lišit se může pouze výpočet postřetových dějů plynoucí z rozdílných způsobů modelování.

3 3.1

HODNOCENÍ PODPORY ANALÝZY SILNIČNÍCH NEHOD SIMULAČNÍM PROGRAMEM HODNOCENÍ TECHNICKÉ ANALÝZY S PODPOROU SIMULAČNÍHO PROGRAMU Modelování pohybu vozidel před střetem, průběhu střetu, pohybu vozidel po střetu, pohybu

posádky ve vozidle během kolize a dalších kolizních jevů je jedním z problémů výpočtů při technické analýze silničních nehod, k jejichž řešení výrazně přispěly počítačové simulační programy, zejména jsou-li vypočtené výsledky spojeny s přehledným, náležitě popsaným grafickým výstupem v podobě grafů, intervalových diagramů, 2D, respektive 3D pohledů včetně

20

trojrozměrných animací. Simulační počítačové programy umožňují posuzovat značné množství variant vstupních hodnot (velikosti a směry střetových rychlostí, adhezní podmínky, rozsah deformací vyjádřený ekvivalentní energetickou rychlostí - EES atd.). Pro řešení problematiky jízdy vozidel s podporou simulačních programů je výhodou, že tyto programy umožňují simulaci, výpočet na konkrétním geometrickém tvaru dráhy (v praxi na přesném konkrétním geometrickém tvaru vozovky) s možností volby součinitele adheze povrchu, dále mj. s možností volby tuhosti odpružení podvozku vozidla a charakteristiky pneumatik, při níž se zvolený model pneumatiky přiblíží v simulaci k reálným charakteristikám a experimentům, což matematické analytické výpočty podle základních fyzikálních zákonitostí neumožňují. Velmi široká komplexnost počítačových programů umožňuje posuzovat jak to, zda jsou odvozené a vypočítané výsledky v technicky přijatelném rozmezí, tak i technickou přijatelnost výpovědí jednotlivých účastníků nehody a porovnávat je se skutečnostmi zajištěnými po nehodě. Zde je nutno upozornit, že pokud nebyly po nehodě zdokumentovány žádné stopy, ze kterých by bylo možno usuzovat např. na místo střetu, a jsou známy pouze konečné polohy vozidel po nehodě, je možno s podporou simulačního programu stanovit místo střetu v různých místech s ohledem na příčnou polohu na vozovce (v protisměru jízdy jednoho či druhého účastníka) bez možnosti učinit na základě takového výsledku výpočtu – technické analýzy – jednoznačné závěry pro následné právní posouzení. Na druhé straně lze ze zdokumentovaných stop, např. stop pohybu vozidel před střetem a po střetu, z jejich charakteru a směru velmi úspěšně zužovat meze pouze pro technicky přijatelné varianty řešení. Často se na pracoviště ÚSI VUT v Brně, zabývající se mj. analýzou silničních nehod, obracejí soudy se žádostí o sdělení, „zda použitím počítačové metody PC-Crash nebo Virtual

CRASH může znalec používající tuto metodu dospět k přesnějším závěrům, např. o místě střetu vozidel, než znalec, který již ve věci zpracoval znalecký posudek a nepoužil tuto metodu“. V prvé řadě je třeba upozornit, že počítačový simulační program není metoda soudně inženýrské analýzy, jako je např. soudně inženýrská komparace, analýza dějů v prostoru a čase (jednotný čas, analýza prostorová intervalová, analýza diagramem dráha – čas – STD, sdružený diagram), zpětné či dopředné odvíjení nehodového děje, korespondence poškození a zužování mezí, podrobněji viz [1] str. 253. Simulační program je široká programová podpora dříve uvedených metod soudně inženýrské analýzy a výpočtů pro technickou analýzu silničních nehod, která využívá nejnovější poznatky z oblasti automobilové techniky, teorie vozidel, mechaniky, základní fyzikální zákonitosti a elementární a aplikované matematiky. Pohyb vozidel je popsán základními fyzikálními zákonitostmi a mimo základní metody uvedené ve třetí úrovni technické analýzy,

21

používají počítačové simulační programy pro analýzu nehod složité matematické modely, nejen dvourozměrné, ale i třírozměrné, zejména matematické modely pro výpočet rázu vozidel. Počítačové simulační programy lze chápat jako metodu pouze ve významu „postupu“ (metoda z řeckého methodos, řízení, hledání, cesta za něčím). Zcela zavádějící je například název přednášky prof. Dr. Gábora Melegha z Technické univerzity v Budapešti „Nové metody pro analýzu silničních nehod, Virtual CRASH“, na výroční konferenci EVU v roce 2007 v polském Krakově, viz [17]. Ve skutečnosti se právě nejedná o novou metodu, ale o další uživatelsky velmi komfortní počítačový simulační program pro technickou analýzu silničních nehod (viz výše Simulační program Virtual CRASH). Dále je třeba uživatelům počítačových programů neustále připomínat, že počítačové simulační programy nejsou samospasitelné, že programy jsou jen podporou výpočtů technické analýzy silničních nehod pro znalecké řešení nehod. Proto je nezbytné při používání počítačových programů rozlišovat mezi konstatováním, které by se nemělo v soudně inženýrských posudcích vyskytovat, totiž „počítačový program ... vypočetl …“, a korektním konstatováním „s podporou

počítačového programu bylo odvozeno …“. Vždy bude prvořadou technická znalecká analýza; použitím počítačové podpory při technické analýze silničních nehod může uživatel - znalec vypočítat za velmi krátkou dobu mnoho různých variant pro různé technicky přijatelné vstupní hodnoty a tak efektivně stanovit technicky přijatelné rozmezí pro řešení dané kolizní situace. Bez důkladné soudně inženýrské znalecké analýzy a kritického hodnocení výsledků (zejména s ohledem na dodržení všech fyzikálních zákonitostí) může počítačový program dokonce svést uživatele k nesprávným závěrům, které bohužel bývají považovány za jedině možné jen proto, že byly získány pomocí počítačového programu, viz výše obecné dotazy soudů. Dále je třeba si uvědomit, že počítačový program provede jen výpočet ze vstupních hodnot, které mu jsou zadány, ale opomíjí se význam kontrolních parametrů, kterými je každý počítačový výpočet doplněn. Jisté nebezpečí spočívá v používání výpočetních počítačových programů bez znalosti obecných souvislostí technické analýzy silničních nehod. Zkušenosti, zejména potřebný cit pro řešení nehod lze získat zejména při zpracovávání potřebných výpočtů nejrůznějších soudně inženýrských rozborů a následně posudků bez využívání výpočetních programů. S podporou počítačových programů totiž není analýza nehody přesnější, ale lze stanovit pravděpodobnější, technicky přijatelné řešení. Z uvedeného vyplývá, že výsledky znaleckého zkoumání silničních nehod nemohou být zásadně odlišné nebo až protichůdné jen v závislosti na prostředcích, které byly při analýze použity. Konečný výsledek komplexní, podrobné a kvalitní znalecké analýzy nehodového děje,

22

dosažený v souladu s metodami soudně inženýrské analýzy, může být při použití modernějších prostředků přesnější, například ve smyslu zúžení technicky přijatelného rozmezí vypočítaných hodnot. I když simulační programy umožňují zadávat spousty vstupních údajů, je třeba si uvědomovat, jaký mají konkrétní parametry vliv na celkový výpočet. Velmi významnou roli například hraje správná volba polohy těžiště vozidla vzhledem k místu rázu, tedy bodu, který je rovněž třeba zvolit. Příliš velká excentricita má za následek menší změnu rychlosti a větší změnu rotace, což může velmi významným způsobem ovlivnit výsledné veličiny. Pro určení místa rázu, zejména s ohledem na působiště střetových sil, je také třeba zodpovědně posoudit tuhosti v deformovaných oblastech. Rovněž je třeba si uvědomit, že po deformaci má vozidlo někdy významně jiné rozložení hmot, tedy má jinde těžiště a má i jiný moment setrvačnosti. Pro výpočet vlastního rázu budeme zřejmě uvažovat průměrnou hodnotu, pro pohyb po rázu pak hodnotu příslušnou deformovanému vozidlu. V těchto naznačených okolnostech je nutno mít stále na paměti, že výpočet kolizního jevu s podporou simulačního programu při korektním postupu zohledňuje daleko více vstupních parametrů, než výpočet bez podpory výpočetního programu, i když pro výpočet použijeme například tabulkový procesor. Uživatelé počítačové podpory při technické analýze silničních nehod (v soudně inženýrské praxi) musí mít stále na paměti obsah § 10, odstavce 1, zákona č. 36/1967 Sb., o znalcích a tlumočnících, ve které je mj. uvedeno, že „Znalec je povinen vykonávat svou činnost osobně“. Potom konstatování znalce – analytika silničních nehod ve znaleckém posudku, ve kterém je také mj. uvedeno, že „znalec prohlašuje, že použité programy jsou jeho vlastnictvím a neodpovídá za

možné rozpory vzniklé použitím uvedených programů“, je zcela v rozporu s výše uvedenou citací zákona. Odpovědným za výpočty a tedy za výsledek je znalec, jen na něm je volba, jaké prostředky k vypracování posudku použije a odpovědnosti se nemůže za běžných okolností zříct. Simulační program PC-Crash obsahuje upozornění, že „uživatel přebírá veškerá rizika vyplývající

z používání a výsledků tohoto počítačového programu“. Takovéto upozornění na jiných programech zcela chybí. K simulačnímu programu Virtual CRASH je přímo na internetových stránkách uložen tzv. certifikát, který ovšem v kontextu osobní odpovědnosti znalce za obsah znaleckého posudku má význam pouze podpůrný.

23

3.2

CHYBY PŘI TECHNICKÉ ANALÝZE S PODPOROU SIMULAČNÍHO PROGRAMU Pokud se budeme zabývat chybami ve znaleckých posudcích zpracovávaných s podporou

simulačních programů, dojdeme ke zjištění, že nebyly zaznamenány vady posudků, které by byly důsledkem přímo výpočtu v simulačním počítačovém programu. Nejčastější vady v posudcích, při jejichž zpracování byla využita podpora simulačního programu, je možno shrnout do následujícího výčtu:

• nebyly respektovány všechny skutečnosti, mající význam pro podání posudku, • nepřesná technická data vozidel, nebyly ověřeny údaje z databáze programu porovnáním s technickým průkazem předmětného vozidla,

• nebyly respektovány základní metody soudně inženýrské analýzy, respektive základní fyzikální principy,

• nebyla respektována poškození a deformace vozidel a jejich korektní kvantifikace, • chybně zadaná střetová poloha, neodpovídající poškození vozidel ani zdokumentovaným stopám,

• chybně zadané vstupní parametry, ovlivňující výpočet střetu a postřetového pohybu vozidel, zejména koeficient restituce a úhlová rychlost v místě střetu vozidel,

• nebyly respektovány zanechané a zdokumentované stopy, což vede k nadbytečným variantám řešení, které jsou i tak v konečném důsledku technicky nepřijatelné,

• nesprávně určená a následně zadaná poloha bodu rázu, zejména jeho výška, • nekorektně nastavené úhly řízení a doba prodlení při zatáčení vozidel, neodpovídající reálným technickým možnostem vozidel, popřípadě možnostem řidiče,

• neúplné a nejednoznačné popisy zpracované simulace nehodového děje, chybějící popisy jednotlivých poloh účastníků nehody v rozhodných okamžicích, které charakterizují analýzu v jednotném čase,

• zanedbání, respektive neuvažování hmotnosti posádky, popřípadě dalšího zatížení vozidla, • nesprávná interpretace výsledků výpočtů simulačního programu, údaje v protokolu parametrů výpočtu neodpovídají hodnotám uvedeným v textu posudku ani jejich grafickému znázornění.

24

4

DALŠÍ ROZVOJ SPECIALIZACE ANALÝZY SILNIČNÍCH NEHOD V OBORU SOUDNÍ INŽENÝRSTVÍ Současný stav poznání vědy a techniky ve specializaci technické analýzy silničních nehod

a v souvisejících interdisciplinárních oborech, při neustálém rozvoji výpočetní techniky, počítačových programů a informačních technologií, staví jednoznačně do popředí moderní technické analýzy silničních nehod výše popisovanou čtvrtou úroveň technické analýzy s plným využitím simulačních programů, jejichž výsledky však musí být neustále podrobovány kritickému hodnocení, včetně správnosti vstupních hodnot. Na tento aktuální vývoj by bylo účelné orientovat perspektivu rozvoje oboru Soudního inženýrství a specializace dotčené v této práci, tj. technické analýzy silničních nehod. Pracoviště autora předkládané práce, Ústav soudního inženýrství VUT v Brně, se může ještě intenzivněji zaměřit na vědecko-výzkumnou činnost v oblasti standardizace znaleckých postupů při technické analýze silničních nehod s podporou simulačního počítačového programu. Tento standard by velkou měrou přispěl k eliminaci nepřesných a zavádějících konstatování odborníků, znalců o nevěrohodnosti závěrů soudně znaleckých posudků zpracovaných právě s podporou simulačních programů, i když někteří simulačním programem ani nedisponují. Současnému stavu poznání vědy a techniky ve specializaci oboru technické analýzy silničních nehod bude potřeba přizpůsobit i pedagogické aktivity ÚSI VUT v Brně. Bude třeba aktualizovat osnovy ve specializačních kurzech technického znalectví a zařadit výuku nového předmětu „Metodika zpracování znaleckých posudků při technické analýze silničních nehod

s podporou simulačního programu“. V tomto předmětu by byli posluchači podrobně seznamováni s metodikou zpracování znaleckých posudků s podporou simulačních programů, ale až po zvládnutí klasické analýzy, při které získají základní představu o řešení silničních nehod. Provedené rozbory a hodnocení v této předkládané práci ukázaly, že metodika zpracování posudku standardními metodami znaleckých analýz je poněkud odlišná od zpracování posudku s podporou počítačových programů. Vzorový znalecký posudek je obsažen a popsán, včetně nezbytných příloh posudku v příloze nezkrácené verze předkládané habilitační práce. V celém komplexním pedagogickém přístupu výuky budoucích znalců je nutno stavět do popředí moderní technické analýzy silničních nehod, s precizním využíváním technické analýzy s plným využitím simulačních programů, jejichž výsledky musí být neustále podrobovány kritickému hodnocení vstupních hodnot, včetně správnosti používání elementárních znaleckých postupů.

25

5

ZÁVĚR V předkládané práci je poprvé v České republice provedeno komplexní hodnocení podpory

technické analýzy silničních nehod simulačním programem. Práce podrobně mapuje současný stav a v problematice počítačových programů pro analýzu silničních nehod navazuje na publikaci [12], kterou rozšiřuje o nové poznatky za mezitím uplynulé období. Na základě provedených dílčích analýz a zpracovaných hodnocení lze konstatovat, že v praxi soudně inženýrských analýz, používaných ve znaleckých posudcích zpracovávaných s podporou simulačních programů, nebyly zaznamenány vady posudků, které by byly důsledkem přímo výpočtů v simulačním programu. Vady v posudcích, při jejichž zpracování byla využita podpora simulačního programu, je možno považovat výhradně za vliv lidského faktoru - uživatele simulačního programu. Dále je možno k hodnocení podpory výpočtů technické analýzy silničních nehod počítačovými simulačními programy uvést, že v současnosti nejpoužívanější programy v České republice, PC-Crash verze 8.2 a Virtual CRASH verze 2.2, se výrazně liší svým uživatelským prostředím. Virtual CRASH je program z pohledu uživatele o mnoho přívětivější než PC-Crash. Na druhou stranu program PC-Crash umožňuje detailnější nastavení některých vstupních parametrů a obsahuje některé výpočetní moduly, kterými současná verze Virtual CRASH nedisponuje. Na závěr je třeba ještě jednou připomenout, že počítačové simulační programy jsou jen podporou výpočtů při analýze silničních nehod a je jen na uživateli - znalci, aby výsledky dosažené počítačovým programem správně použil při zpracování vlastního znaleckého posudku. V každodenní praxi soudního inženýrství se rovněž potvrzuje zjištění projektu EVU - Evropské společnosti pro výzkum a analýzu nehod „QUERY“, viz [27], že pro znalce při technické analýze nehod jsou vedle odborného vysokoškolského vzdělání, převážně zaměřeného na strojní inženýrství, velmi důležité analytické schopnosti. Právě analytické schopnosti znalce, uživatele simulačního programu, umožní při malé časové náročnosti prověřit technickou přijatelnost všech uvažovaných soudně inženýrských analýz. V tomto smyslu mají simulační počítačové programy nezastupitelnou úlohu již dnes a budou mít zásadní význam i v budoucnosti oboru Soudního inženýrství, stejně jako v ostatních vědních oborech.

26

6

LITERATURA

[1]

BRADÁČ, A. a kol.: Soudní inženýrství, Akademické nakladatelství CERM, Brno 1999, ISBN 80-7204-057-X

[2]

BRADÁČ, A., SEMELA, M.: Postup řešení rázu v prostředí simulačního programu Virtual CRASH a možnosti validace výsledků, In Soudní inženýrství 3/2007, ročník 18, str. 118129, ISSN 1211-443X

[3]

BRADÁČ, A.: Příručka znalce - analytika silničních nehod I. a II, Dům techniky ČSVTS Ostrava 1985

[4]

DATENTECHNIK, S.: EES Seminar Graz 11/1996, CD nosič, DSD Linz, 1996

[5]

INTERNETOVÁ ADRESA http://www.policie.cz/web-informacni-servis-statistiky.aspx

[6]

KALTHOFF, W.: Koeficient restituce při předo-zadních střetech, nová zjištění, sborník přednášek z Výroční konference EVU 2008, Nice

[7]

KASANICKÝ, G., PUPALA, A.: Vplyv zmeny vybraných vstupných parametrov zrážky na technickú prijateĺnost simulácie zrážky pomocou programu PC-CRASH. Žilinská univerzita v Žilině ÚSI, Znalectvo č. 1-2 1999, ročník IV.

[8]

KASANICKÝ, G., KOHÚT, P., LUKÁŠIK, M.: Teória pohybu a rázu při analýze a simulácii nehodového deja, EDIS vydavatelství Žilinské univerzity, 2001, ISBN 807100-597-5

[9]

KASANICKÝ, G., KOHÚT, P.: Analýza nehôd jednostopových vozidiel, EDIS vydavatelství Žilinské univerzity, 2000, ISBN 80-7100-598-3

[10]

KASANICKÝ, G., ROZINA, A.: Vplyv zmeny veĺkosti technických parametrov na priebeh simulácie. Žilinská univerzita v Žilině ÚSI, Znalectvo č. 3-4 1998, ročník III.

[11]

KASANICKÝ, G.: PC-CRASH - Program pre simuláciu dopravných nehod, užívatelská príručka – slovensky, verzia 6.0 a doplnok 6.1, DSD Slovakia spol. s r.o., Kysucké Nové Město 2000

[12]

KASANICKÝ, G.: Súčasné a perspektívne možnosti analýzy dopravných nehôd, Habilitační práce, Vysoká škola dopravy a spojů v Žilině, fakulta prevádzky a ekonomiky dopravy a spojov, Žilina 1995

[13]

KLEDUS, R. PORTEŠ, P. VÉMOLA, A. ZELINKA, A.: Měření jízdních manévrů vozidel. Sborník konference 10. výroční konference Evropské společnosti pro výzkum a analýzu nehod - EVU, Brno, říjen 2001

[14]

KUBELKA, J., PUSTINA, P.: Dynamické hodnoty motorových a nemotorových vozidel, CD nosič, Česká Lípa 2004

[15]

MATOUŠEK, V., HOFMAN, R., VÉMOLA, A.: Spáchal řidič pokus o vraždu? In Kriminalistický sborník 3/2008, ročník LII, str. 9-19, Kriminalistický ústav Praha Policie ČR, Praha 2008

[16]

MELEGH, G., VIDA, G.: CD EES katalog verze 4.0, Autoexpert Hungary, Budapest, 1997-2002

[17]

MELEGH, G.: Nové metody pro rekonstrukci nehod, sborník přednášek z Výroční konference EVU 2007, Krakov

[18]

NOVÁK, A.: Biomechanika tělesných cvičení. Praha: SPN, 1970

27

[19]

ROCHLA, T.: Digitalizace prostorových objektů při soudně inženýrské analýze dopravních nehod, diplomová práce VUT v Brně, FSI, Ústav dopravní techniky Brno 2004

[20]

STEFAN H.: PC-Crash - simulační program pro analýzu nehod, verze ® 6.2 Nov © 2001, Dr. Steffan Datentechnik, Linz, Austria 2001

[21]

STEFAN, H.: PC-Crash version 6.2 Simulation Program for Vehicle Accidents, Technical Manual, Dr. Steffan Datentechnik, Linz, Austria, 2001

[22]

STEFAN, H.: PC-Crash - simulační program pro analýzu nehod, verze ® 8.2 May © 2008, Dr. Steffan Datentechnik, Linz, Austria 2008, včetně katalogu EES AZT 2004

[23]

STRAUS, J.: Závěrečná výzkumná zpráva Grantu MV RN 20002002003 "Forenzní biomechanika extrémního dynamického zatěžování organismu", Praha PA ČR, 2002

[24]

ŠACHL, J., RÁBEK, V.: Impulz Expert 2000 [počítačový program], verze 1.1, 2002

[25]

TERESINSKI, G.: Biomechanika potracenia pieszego, CD-ROM verze 1.0 Lublin 2004

[26]

VUT V BRNĚ ÚSI: Znalecký standard č.III a IV – Ministerstvo spravedlnosti ČR 1991

[27]

WEBER, M. a kol: QUERY - Qualification of Accident Analysts, Hamburk 2006, ISBN: 978-3-00-019327-9

7

ABSTRAKT V předkládané práci je poprvé v České republice provedeno rozsáhlejší komplexní

hodnocení podpory technické analýzy silničních nehod simulačním programem. Práce podrobně mapuje současný stav a v problematice počítačových programů pro analýzu silničních nehod navazuje na dílčí publikace, které rozšiřuje o nové původní poznatky autora. Na základě provedených dílčích analýz a zpracovaných hodnocení lze konstatovat, že v praxi soudně inženýrských analýz, používaných ve znaleckých posudcích zpracovávaných s podporou simulačních programů, nebyly zaznamenány vady posudků, které by byly důsledkem přímo výpočtů v simulačním programu. Vady v posudcích, při jejichž zpracování byla využita podpora simulačního programu, je možno považovat výhradně za vliv lidského faktoru - uživatele simulačního programu. Cílem předkládané práce je hodnocení simulačních programů jako podpory pro technickou analýzu silničních nehod s očekávaným přínosem pro vědní obor Soudní inženýrství, zejména výuku budoucích znalců, zkvalitnění metodiky zpracování znaleckých posudku a pro lepší orientaci policie a justice při posuzování znaleckých posudků při analýze silničních metod. Vlastnímu hodnocení předchází systematický přehled vybraných znaleckých postupů pro technickou analýzu silničních nehod a přehled simulačních programů dostupných a používaných v ČR. V práci je uvedeno několik příkladů využití podpory simulačního programu pro analýzu zajímavých, někdy i mediálně sledovaných neobvyklých případů a to nejen silničních nehod.

28