Symulacja zderzeń w programach PC-Crash i V-Sim

W rozdziale tym dokonano porównania możliwości dwóch wybranych pro-gramów do rekonstrukcji wypadków drogowych: PC-Crash oraz V-Sim w as-pekcie modelowania zderzenia samochodów.

Podstawowym problemem w modelowaniu zderzenia, oprócz stopnia kom-plikacji modelu, wydaje się być dobór i znajomość parametrów oraz danych wejściowych wykorzystywanych w obliczeniach. Istotne wydaje się również określenie ilości koniecznych danych wyjściowych, które należy wybrać spo-śród wszystkich otrzymywanych w wyniku obliczeń.

Podobnie w przypadku symulacji zderzenia w programie komputerowym należy przede wszystkim odwzorować zaistniałą wcześniej sytuację w stopniu

zadowalającym, czyli umożliwiającym otrzymanie pożądanych wyników, a jednocześnie upraszczającym nieistotne z punktu widzenia zdarzenia elemen-ty (np. fragment otoczenia spoza obszaru zdarzenia drogowego, gatunki drzew rosnących wokół itp.). Ważne wydaje się również określenie celu, w jakim prowadzona jest symulacja, czyli otrzymaniu określonych wartości zmiennych wyrażających odpowiedź układu zderzających się pojazdów na zadaną sytu-ację drogową.

Kolejnym istotnym elementem bezpośrednio związanym z modelowaniem procesu zderzenia pojazdów są ich modele matematyczne wykorzystywane w środowiskach symulacyjnych.

W programie V-SIM pojazd przedstawiono jako układ pięciu ciał sztyw-nych o 10 stopniach swobody, z czego nadwozie posiada 6, a każde z kół po 1 stopniu swobody. Dodatkowo uwzględniony został skręt kół osi kierowanej.

Pojazd jest zatem opisany jako bryła sztywna, która porusza się w wyniku oddziaływania sił zewnętrznych [409].

Model pojazdu w programie PC-Crash jest przedstawiony analogicznie do modelu opisanego dla programu V-SIM. Pojazd jest również traktowany jako bryła sztywna poruszająca się poprzez oddziaływanie sił zewnętrznych. W za-leżności od wyboru modelu współpracy koła ogumionego z jezdnią model pojazdu posiada 10 lub 6 stopni swobody [410].

W obu programach zastosowano następujące układy współrzędnych [409]:

-układ globalny (inercjalny);

-układ nieinercjalny zaczepiony w środku masy każdego z pojazdów;

-układ współrzędnych związany z punktem styku każdego koła ogumionego z jezdnią. Jest to układ, podobnie jak układ nieinercjalny, który porusza się wraz z pojazdem.

W kolejnym etapie przeanalizowano sposób przygotowania symulacji zderzenia w każdym programie.

Chcąc przeprowadzić symulację zderzenia w programie PC-Crash, należy uwzględnić następujące podstawowe elementy:

-stworzyć szkic otoczenia, w którym miało miejsce rzeczywiste zderzenie bądź dla którego analizowany jest możliwy przebieg wypadku. Istotne jest przy tym sprecyzowanie charakteru miejsca wypadku (teren pochyły, płaski itp.) oraz stan nawierzchni (sucha, mokra, oblodzona). Na rys. 3.32 pokaza-no szkic sytuacyjny przykładowego miejsca wypadku na skrzyżowaniu z drogą podporządkowaną z przyjętym układem współrzędnych x-y o po-czątku w punkcie (0; 0) oraz zaznaczonym cienką czarną linią obszarem, dla którego przyjęto współczynnik przyczepności kół do nawierzchni drogi odpowiadających nawierzchni suchej (µ = 0,8);

Rys. 3.32. Szkic sytuacyjny otoczenia symulowanego zderzenia Źródło: PC – Crash.

-wybrać z bazy danych samochodów pojazdy biorące udział w zderzeniu, przy czym należy uwzględnić parametry masowo-bezwładnościowe każdego z nich, przyjmując określone obciążenia pojazdów (liczba pasażerów i ewentualny ba-gaż). Jeżeli pojazd biorący udział w zderzeniu nie znajduje się w bazie pojaz-dów, można ewentualnie zastąpić go pojazdem o zbliżonych parametrach. Na rys. 3.33 pokazano wybór przykładowego pojazdu wraz z oknem dotyczącym doboru parametrów masowo-bezwładnościowych. Ponadto w programie, prócz zmiany tych parametrów, możliwy jest dobór innych parametrów pojazdu, ta-kich jak charakterystyki zawieszenia, ESP, kształt nadwozia itp.;

Rys. 3.33. Dobór parametrów pojazdów biorących udział w zderzeniu Źródło: PC – Crash.

Rys. 3.34. Ustawienie pojazdów w pozycjach wyjściowych względem siebie i przyjętego początku układu współrzędnych x-y

Źródło: PC – Crash.

-wybrać położenia pojazdów względem siebie i elementów otoczenia (rys. 3.34);

-dobrać wejściowe parametry zderzenia (początkowe prędkości postępowe i kątowe), współczynnik restytucji oraz sekwencje ruchu (jazda normalna, hamowanie itp.), co również zilustrowano na rys. 3.34;

-w przypadku ruchu innego niż prostolinio-wy należy przyjąć tor, po jakim będzie poruszał się jeden z samochodów (rys. 3.35);

Rys. 3.35. Przykładowy, krzywoliniowy tor ruchu pojazdu wyjeżdżającego z drogi podporządkowanej Źródło: PC – Crash.

-dobrać ustawienia symulacji zapewniające np. odpowiednie cechy graficzne (ślady kół, pozycje pośrednie pojazdu do chwili zatrzymania itp.);

-wykonać symulację, wybierając właściwy model zderzenia w odniesieniu do sztywności nadwozia (por. rozdz. 4) oraz ewentualnie opcję „Wykrywanie zderzenia”, dzięki której symulowane zderzenie jest bliższe realizmowi, po-nieważ pojazdy wytracają niewielką część prędkości przed samą kolizją. Jest to szczególnie wygodne w przypadku braku podziału ruchu pojazdu na se-kwencje, w tym hamowanie;

-wyświetlić żądane zestawienia wyników oraz uszkodzenia nadwozi pojaz-dów.

Według pracy [231] istnieje w programie PC-Crash możliwość określenia spadku drogi, przy czym należy stworzyć jej trójwymiarowy profil, złożony z trójkątów, których wektory normalne skierowane są pionowo w górę. Dla każ-dego z trójkątów należy następnie określić współczynnik przyczepności. W ten sposób można odtworzyć komputerowo miejsce zdarzenia wypadków drogo-wych inne niż płaska nawierzchnia jezdni (np. rów przydrożny lub droga pochy-ła w terenie górzystym).

W programie V-Sim symulacja zderzenia prowadzona jest podobnie jak w PC-Crash. Funkcje możliwe podczas symulacji są podobne, zaś w pracy [407]

uwagę zwrócono na stosowanie tzw. „znaczników czasowych” umożliwiających prowadzenie analizy danej symulacji w różnych jej etapach. Po przeprowadze-niu symulacji podobnie generowany jest protokół zderzenia.

W pracy [407] zwrócono także uwagę na występowanie komunikatów w trakcie przebiegu symulacji informujących użytkownika np. o nietypowym jej przebiegu lub zatrzymaniu. Ogólny sposób postępowania w programie V-Sim jest następujący:

-stworzenie szkicu otoczenia, przy czym istnieje możliwość wyboru szkicu istniejącego w bibliotece programu bądź stworzeniu własnego, który można zweryfikować pod względem topograficznym w widoku trójwymiarowym;

-weryfikacja poprawności warunków symulacji, np. współczynnika przyczep-ności kół do nawierzchni drogi,

-wybranie z bazy danych samochodów pojazdów biorących udział w symula-cji zderzenia;

-nadanie warunków początkowych i symulacja zderzenia w widoku dwu- i trójwymiarowym.

Niewątpliwą zaletą programu wydaje się możliwość dokładnego odtworze-nia otoczeodtworze-nia wypadku w sensie topograficznym, czego przykład pokazano na rys. 3.36.

Rys. 3.36. Przykład odtworzenia otoczenia zaistniałego wypadku drogowego w programie V-Sim Źródło: [407].

3.3.3. Przykładowa symulacja zderzenia czołowego i bocznego w programie