Analiza efektów zderzenia pojazdów jako wpływu

W pracy [224] podano, że brak kontroli nadwozia po naprawie powypad-kowej w celu sprawdzenia poprawności jego geometrii za pomocą ramy (stołu)

pomiarowo-naprawczej jest częstym zjawiskiem w Polsce. Często zjawisko to dotyczy również sprowadzanych z zagranicy uszkodzonych pojazdów teoretycz-nie uznanych za sprawne. Wynika stąd, że teoretycz-niektóre parametry mogące mieć wpływ na stateczność modeli matematycznych pojazdów samochodowych oraz ich rzeczywistych odpowiedników mogą być w ogóle nieuwzględniane w proce-sie naprawy powypadkowej. Pomiary na ramie (stole) pomiarowej dają odpo-wiedź jedynie na pytanie o parametry geometryczne podwozia samochodu po naprawie. Badanie to nie daje odpowiedzi na to, czy zmianie uległy parametry mające wpływ na zjawiska dynamiczne (np. położenie środków ciężkości, poło-żenie momentów bezwładności). Takie badania zostaną przedstawione w dalszej części monografii.

W pracy [269] określono wpływ zaburzenia położenia środka masy i mo-mentów bezwładności na stateczność modelu pojazdu sportowego, szczegółowe rozważania na ten temat będą przedstawione w rozdziale 7. Przyjęte tam zabu-rzenia parametrów masowo-bezwładnościowych nadwozia samochodu trakto-wano jako wynikłe z nieprawidłowej naprawy powypadkowej, przy czym przy-jęto ekstremalnie duże wielkości tych zaburzeń w celu zbadania odpowiedzi układu mechanicznego, jakim jest model pojazdu, na zakłócenia ruchu spowo-dowane nierównomiernym rozkładem mas i nierównościami nawierzchni.

W rozważaniach tych założono, że zaburzenia geometrii nadwozia mogą powo-dować odkształcenia lub nieprawidłowe działanie elementów układu jezdnego, parametrów zawieszenia i układu kierowniczego samochodu. Stąd przyjęto eks-tremalnie duże wartości zaburzeń położenia środka masy w modelu samochodu, aby uwzględnić również wyżej wymienione niepożądane zjawiska, jakie mogły-by wystąpić w procesie niewłaściwie naprawionego pojazdu powypadkowego.

Obciążenie nadwozia pojazdu rozłożono równomiernie względem wzdłużnej płaszczyzny jego symetrii.

W pracach [267] i [268] prowadzono rozważania na temat stateczności technicznej stochastycznej modelu matematycznego pojazdu sportowego, które-go nadwozie obciążono nierównomiernie, powodując zmianę położenia środka masy oraz momentów bezwładności i dewiacji. W rozdziale 7 dla przypadku 2 i 3 obciążenia pojazdu wyznaczono omawiane wielkości. Wykazano następnie poprzez badania symulacyjne, że niewielka na pozór zmiana położenia środka masy pojazdu spowodowana nierównomiernym rozłożeniem mas obciążających (kierowca, pasażer oraz bagaż) oraz pozornie niewielka zmiana wartości mo-mentów bezwładności i dewiacji może wpłynąć na stateczność modelu samo-chodu, powodując inny przebieg trajektorii ruchu niż dla pojazdu o nominalnych parametrach.

Nie znaleziono prac dotyczących typowych zaburzeń położenia środka ma-sy dla samochodów różnych klas. Zajmowano się takimi zagadnieniami jak wy-trzymałość nadwozia pojazdu poddanego naprawie [27] czy ogólnie wytrzyma-łością nadwozia pojazdu jako konstrukcji nośnej ([36], [166]), szczególnie przy małych i średnich prędkościach odkształcenia, jednak nie rozważano ich wpły-wu na położenie środka masy.

W pracy [1] stwierdzono, że przesunięcie środka masy w wyniku zderzenia czołowego z prędkością 50 km/h wynosi około 0,6 m, natomiast zderzenie z prędkością względną równą 100 km/h generować może około 0,75 m przesu-nięcia środka masy przy uwzględnieniu wzajemnej penetracji nadwozi zderzają-cych się samochodów.

W pracy [138] analizowano dwuwymiarowy ruch pojazdu, który uległ wcześniej uderzeniu i jego nadwozie oraz wybrane elementy układu jezdnego zostały zdeformowane. Skupiono się m.in. na siłach występujących między ko-łami uszkodzonej części pojazdu a nawierzchnią, przyjmując dodatkowy kąt poprzecznego znoszenia tych kół (rys. 3.53). Rozpatrywano także siły działające na koła zablokowane oraz toczące się. Podano równania ruchu pojazdu uszko-dzonego w wyniku zderzenia i prowadzono analizę zmian położenia środka ma-sy i momentu bezwładności względem osi pionowej przechodzącej przez środek masy na podstawie numerycznych przykładów obliczeń.

Rys. 3.53. Analiza sił w kontakcie kół z nawierzchnią drogi dla pojazdu po zderzeniu Źródło: [138].

Biorąc pod uwagę powyższe czynniki, w analizie prowadzonej w rozdziale 7 przyjęto, że w wyniku niewłaściwej naprawy powypadkowej elementy nadwo-zia przywrócone do pierwotnego kształtu mogą ulec samoistnej, niewielkiej deformacji, np. na skutek naprężeń wewnętrznych formowanego materiału. Jeże-li do elementów tych przytwierdzony zostanie fragment układu jezdnego bądź zawieszenia, to w procesie dalszej eksploatacji może on także zostać zdeformo-wany lub mogą zostać zmienione jego parametry (kąty itp.).

Ponadto przyjęto, że nierównomierny rozkład mas może wynikać zarówno z nierównomiernego obciążenia, jak również, choć w mniejszym stopniu, z na-prawy powypadkowej polegającej na wypełnianiu uszkodzonych fragmentów nadwozia pojazdu masami zmieniającymi nieznacznie ogólny rozkład mas w po-jeździe.

W związku z powyższym przyjęto, że nawet w teoretycznie sprawnym po-jeździe, przy niekorzystnych warunkach drogowych i w określonych warunkach ruchu, można wykazać niestateczność takiego pojazdu poprzez np. badanie sta-teczności technicznej stochastycznej jego modelu matematycznego na podstawie otrzymanych trajektorii. Przykładowe wyniki badań pokazano w podrozdziale 7.1 oraz 7.2.

Zagadnienie zmiany parametrów nadwozia w wyniku zderzenia

Zagadnienie sztywności oraz zdolności nadwozia do pochłaniania energii uderzenia omawiane było m.in. w pracach: [1], [7], [26], [27], [31], [52], [72], [80], [111], [119], [120], [137] oraz [166]. Skutki kolizji samochodu osobowego z ciężarowym analizowano w pracy [137], natomiast w [31] omówiono metodę pomiaru sztywności skrętnej nadwozia oraz skomentowano przykładowe wyniki pomiarów. Oceny bazowych punktów w nadwoziu wybranych pojazdów doko-nano w pracy [146], pokazując tolerancje i odchyłki w ich położeniu. W [72]

dokonano analizy wpływu sztywności skrętnej nadwozia na ruch modelu samo-chodu ciężarowego, prowadząc badania dla wydzielonej części nadwozia. Ana-lizę tę określono jako badanie stateczności i kierowalności, przy czym charakte-rystykami definiującymi stateczność są trajektorie otrzymane w wyniku realiza-cji dwóch manewrów – jazdy po okręgu o stałym promieniu i szybkiego obrotu kierownicy podczas jazdy na wprost. Parametrem, na który zwrócono uwagę jest m.in. kąt przechyłu nadwozia. Należy przy tym podkreślić, że praca ta nie na-wiązuje do znanych definicji stateczności modeli matematycznych.

Pracę [67] poświęcono wyznaczaniu charakterystyk bocznego znoszenia z uwzględnieniem wpływu zakłóceń parametrów zawieszenia oraz struktury nadwozia. Analizę wpływu położenia środka masy na ruch pojazdu ciężarowego przeprowadzono natomiast w [46].

W pracach [8], [11], [12], [19], [22], [29], [39], [44], [102], [114], [124], [127], [133], [145], [155], [156] oraz [157] zdefiniowane zostały zarówno reak-cje statyczne, jak i dynamiczne nawierzchni na koła w obszarze kontaktu opony z drogą dla nawierzchni płaskiej i nachylonej pod określonym kątem do pozio-mu. Układ sił działających na pojazd ciężarowy z przyczepą, uwzględniając siły oporu uciągu przedstawiono w pracy [8]. W kilku pozycjach, m.in. w [133] wy-znaczono reakcje nawierzchni drogi w czasie ruchu z wykorzystaniem jednost-kowej siły napędowej. W [242] przedstawiono dwu- oraz trójwymiarowy nieli-niowy model koła do oceny współpracy z nawierzchnią drogi, który zaapliko-wano w modelu pojazdu typu Bombardier-ITLIS.

Konstrukcja oraz obciążenia, jakim poddawane jest nadwozie samochodu, przedstawione zostały w pracach [35], [36], [144], [154], [169] oraz [225].

Zwrócono tu uwagę na obciążenia w trzech wzajemnie prostopadłych kierun-kach. Pracę [71] poświęcono obciążeniom, jakim poddana jest rama i nadwozie samochodu furgonowego. W [74] przeprowadzono analizę ruchu takiego

pojaz-4.

du po torze krzywoliniowym. Badano ruch nieliniowego modelu matematyczne-go o 14 stopniach swobody oraz dwóch rzeczywistych samochodów o masach 6500 kg, realizując manewry podwójnej zmiany pasa ruchu oraz jazdy po okręgu.

W [193] badano wpływ zmiany położenia środka masy pojazdu wojskowego na ruch krzywoliniowy z wykorzystaniem wojskowego pojazdu „Dzik”.

W pracy [200] zaprezentowane zostały wyniki testów dwu samochodów cię-żarowych o różnym położeniu środka masy. Przeprowadzono testy pojedynczej zmiany pasa ruchu (zgodnie z normą rosyjską GOST P.2003, B32/03) oraz jazdy po okręgu (ISO 4138). W obu pojazdach (każdy o masie 12t) środek masy poło-żono w różnych konfiguracjach.

Łączenia nadwozi wymiennych, jak i problematykę własności ruchowych samochodu o nadwoziu wymiennym poruszono w pracy [70], zaś kwestię materia-łów kompozytowych oraz ich zastosowania w samochodach w [216].

W pracach [62] i [63] omówione zostały sposoby projektowania nadwozi z użyciem narzędzi informatycznych CAD/CAM. Pracę [64] poświęcono pomia-rom fotogrametrycznym makiety nadwozia. Fotogrametrią bliskiego zasięgu w aspekcie rekonstrukcji zderzenia samochodów zajmowano się również na po-trzeby pracy [384], natomiast projektowaniem nadwozi w [35], [36] oraz [165].

W [27] oraz [35] omówione zostały zagadnienia eksploatacji i naprawy nad-wozi, zaś w [163] przedstawiono komputerowe metody wyznaczania energii stra-conej przy deformacji nadwozia. Dwuwymiarowy ruch pojazdu odkształconego w wyniku zderzenia poddano analizie w pracy [138]. Natomiast w [320] przepro-wadzono analizę dotyczącą ilości pracy potrzebnej na zdeformowanie wybranych elementów nadwozia w funkcji prędkości zderzenia.

Zagadnienie wywracania autobusu w aspekcie wytrzymałości struktury nad-wozia na uszkodzenia prowadzące do ofiar wśród pasażerów analizowano m.in.

w pracach [331] oraz [335], natomiast wywracania pojazdu typu SUV – w [336].

Problem deformacji wybranych elementów nadwozia samochodu podczas zderze-nia czołowego mimośrodkowego poruszono w [342].

Aerodynamiką pojazdów zajmowano się w [19], [23], [35], [36], [99] oraz [126], zaś w pracy [88] prowadzona była analiza wpływu sił aerodynamicznych na pionowy ruch samochodu.

W rozdziale 7 pokazano próby odniesienia rozważań dotyczących zmiany pa-rametrów położenia środka masy oraz wartości momentów bezwładności (wystą-pienie momentów dewiacyjnych) wynikających ze zderzenia, do stateczności ruchu w oparciu o badania modelowe. Wydaje się, że rozwiązanie takiego zagadnienia może pokazać relacje zachodzące między dynamiką nieuszkodzonego nadwozia modelu matematycznego oraz nadwozia o zaburzonej geometrii a zakłóceniami ruchu, również z uwzględnieniem współpracy koła z nawierzchnią drogi.

Problem określenia względnej prędkości pojazdów, która stanowiłaby kryte-rium kwalifikujące pojazd do naprawy bądź utylizacji nie został rozważony, po-nieważ zdobycie potrzebnych danych dla określenia tej prędkości w różnych kla-sach pojazdów wydaje się nierealne. Ponadto wnioskowanie na podstawie ewen-tualnie zdobytych danych stanowiących jedynie próbkę mogłoby doprowadzić

jedynie do szacunkowej oceny. Należy przy tym zauważyć, że zderzenie dów z różnych segmentów (klas) może dać inne wyniki niż zderzenie dla pojaz-dów z tego samego segmentu.