Próba oszacowania śladu termicznego powstającego podczas hamowania pojazdu kołowego

(1)

Streszczenie

W pracy przedstawiono próbę oszacowania śladu termicznego powstającego pod-czas ekstremalnego hamowania kół ogumionych pojazdu wyposażonego w układ zapobiegający blokowaniu kół. Współczesne samochody w celu poprawy bezpieczeń-stwa czynnego podczas gwałtownego hamowania są wyposażone w układ hamulcowy z systemem optymalizującym poślizg kół (ABS), a tym samym nie dopuszcza do 100% poślizgu, co przekłada się na nie pozastawianie śladów hamowania. W wielu przypad-kach utrudnia to rekonstrukcję zdarzeń drogowych, a mogłoby przyczynić się do poprawy bezpieczeństwa w ruchu pojazdów.

Słowa kluczowe: koło ogumione, Ğlady hamowania, metoda 1. Wprowadzenie

SłuĪby policyjne dokumentujące Ğlady na miejscu zdarzenia drogowego, są zazwyczaj przeko-nane, Īe pojazdy wyposaĪone w układ ABS nie pozostawiają Ğladów hamowania. Takie podejĞcie sprawia, Īe stosunkowo czĊsto Ğlady hamowania nie są poszukiwane, a niezwykle cenne informacje o przebiegu zdarzenia w nich zawarte bezpowrotnie tracone. Wielu badaczy podejmowało siĊ pro-blematyki zatrzymywania pojazdu w aspekcie wybranych parametrów hamowania, jak równieĪ metod oceny długoĞci drogi hamowania [1, 2, 3]. W trakcie rekonstrukcji wypadku drogowego jed-nym najwaĪniejszym elementem składowym jest wyznaczenie prĊdkoĞci jazdy samochodu. OkreĞlenie wielkoĞci opisujących proces hamowania samochodu jest jedną z niezbĊdnych umiejĊt-noĞci rzeczoznawcy dokonującego opiniowania zdarzenia drogowego z udziałem uĪytkowników ruchu drogowego [4, 5]. ĝlady hamowania są wykorzystywane do okreĞlenia prĊdkoĞci jazdy samo-chodów, w których prĊdkoĞü nie jest rejestrowana [6, 7]. Starsze rozwiązania układów hamulcowych powodowały, Īe podczas nagłego hamowania pojazdu dochodziło do zablokowania kół jezdnych, a gdy prĊdkoĞü postĊpowa pojazdu była róĪna od zera, na skutek tarcia suwliwego kół o nawierzch-niĊ, pozostawiały one Ğlady hamowania. W związku z powyĪszym autorzy niniejszego opracowania przeprowadzili seriĊ testów hamowania ekstremalnego samochodu osobowego.

Celem badaĔ było oszacowanie trwałoĞci Ğladu termicznego powstającego podczas nagłego ha-mowania dla ruchu prostoliniowego samochodu dwuosiowego i ewentualnej moĪliwoĞci jego wykorzystania w rekonstrukcji zdarzeĔ drogowych.

(2)

Bronisław Kolator, Andrzej Olszewski, Stanisław Walczak, Stanisław Wolak Próba oszacowania śladu termicznego powstającego podczas hamowania pojazdu kołowego 92

System ABS ze wzglĊdu na nie zaprzeczalne korzyĞci w postaci braku blokowania kół, co za-pewnia kierowalnoĞü pojazdu podczas ekstremalnego hamowania oraz w wielu okolicznoĞciach skrócenie drogi hamowania [8, 9]. Podczas awaryjnego hamowania z układem ABS, poĞlizg opon zazwyczaj zawiera siĊ w przedziale 10–30%, tj., prĊdkoĞci kątowe kół nie mogą równaü siĊ zero, inaczej nie są zablokowane.

2. Metoda badawcza i aparatura pomiarowa

Podczas badaĔ załoĪono, Īe samochód osobowy porusza siĊ ruchem prostoliniowym na równej, poziomej nawierzchni. Sucha nawierzchnia asfaltowa, tj. pas startowy o długoĞci około 2 km był miejscem badaĔ eksperymentalnych. Do badaĔ wykorzystano samochód Fiat Brava wyposaĪony w układ ABS (rys. 1). Koła pojazdu były wyposaĪone w opony firmy Michelin o oznaczeniu 205/55 R16 91H Energy Saver o przebiegu około 15 tys. km. Masa samochodu przygotowanego do prób hamowania wynosiła 1265 kg. CiĞnienie w ogumieniu było o wartoĞciach nominalnych. Przed roz-poczĊciem pomiarów dokonano wstĊpne próby jazdy i hamowania pojazdu w celu ustalenia siĊ stanu hamulców i opon, do zbliĪonych warunków tych podzespołów podczas jazdy.

Rys. 1. Widok ogólny samochodu Fiat Brava użytego w badaniach w trakcie przygotowań do prób ħródło: opracowanie własne.

Pomiary nagłego hamowania przeprowadzono przy czterech prĊdkoĞciach początkowych o wartoĞciach odpowiednio 60 kmh-1_{, 75 kmh}-1_{, 90 kmh}-1_{i 120 kmh}-1_{(wg wskazania} prĊdkoĞcio-mierza) do całkowitego zatrzymania pojazdu.

Aparatura pomiarowa VBox umoĪliwiła okreĞlenie parametrów ruchu pojazdu poprzez zasto-sowanie wielosystemowego odbiornika nawigacji satelitarnej GNSS (rys. 2). System ten pozwala ustaliü pozycjĊ badanego obiektu z czĊstotliwoĞcią 100 Hz oraz dokładnoĞcią mogącą siĊgaü ±2cm.

(3)

Chwilowa prĊdkoĞü i kierunek pojazdu, wyznaczana jest niezaleĪnie od połoĪenia z sygnału sateli-tarnego na zasadzie efektu Dopplera. Przyspieszenia liniowe i prĊdkoĞci kątowe wzglĊdem 3 osi były mierzone za pomocą modułu bezwładnoĞciowego IMU. WielkoĞci sygnałów z urządzeĔ po-miarowych znajdujących siĊ w pojeĨdzie, który posiadał magistralĊ CAN, rejestrowano za pomocą w/w aparatury pomiarowej [10].

Rys. 2. Rozmieszczenie aparatury pomiarowej w/na pojeździe ħródło: opracowanie własne.

Chwilowe prĊdkoĞci kątowe kół jezdnych samochodu rejestrowano przy uĪyciu stacjonarnej ka-mery Olympus i-speed TR (rys. 3), która ma moĪliwoĞü rejestracji obrazu z czĊstotliwoĞcią do 10000 klatek na sekundĊ. W tym celu na bocznych Ğcianach opon umieszczono znaczniki (rys. 4).

Rys. 3. Widok kamery przygotowanej do rejestracji prób hamowania ħródło: opracowanie własne.

(4)

Rys. 4. Widok oznakowanego ogumienia kół samochodu podczas prób ħródło: opracowanie własne.

Wszystkie próby hamowania rejestrowano z czĊstotliwoĞcią 200 klatek na sekundĊ z rozdziel-czoĞü obrazu 1280x1024. UĪycie do badaĔ kamery Olympus i-speed miało na celu zbadanie moĪliwoĞci wykorzystania jej do okreĞlania wybranych parametrów dynamicznych podczas badaĔ eksperymentalnych.

Pozostawiony przez opony samochodu podczas nagłego hamowania na asfaltowej nawierzchni pasa startowego, był rejestrowany Ğlad termiczny. Zapis Ğladu termicznego wykonano kamerą ter-mowizyjną Testo T890-2 (rys. 5), której parametry przedstawiono w tabeli 1.

Rys. 5. Widok ogólny kamery termowizyjnej ħródło: [11].

(5)

Tab. 1. Parametry kamery termowizyjnej Testo T890-2

Lp. Parametr Opis

1 CzułoĞü termiczna (NETD) < 40 mK przy 30°C

2 Pole widzenia/ minimalna odległoĞü_ogniskowania 42° x 32° / 0,1 m (obiektyw standardowy) _{15°x11°/0.5m (teleobiektyw)} 3 RozdzielczoĞü geometryczna (IFOV) 1,13 mrad (obiektyw standardowy), _{0,42 mrad (teleobiektyw)} 4 SuperResolution (piksel / IFOV) – op-_cjonalne

1.280x960 pikseli

0,71 mrad (obiektyw standardowy), 0,26 mrad (teleobiektyw)

5 CzĊstotliwoĞü odĞwieĪania obrazu 33Hz

6 Zakres spektralny 8 do 14ȝm

7 Zakres temperatury -20°C do 100°C / 0° do 350°C (przełą-_czalny)

8 DokładnoĞü ±2°C, ±2% mierzonej wartoĞci

9 Ustawienie emisyjnoĞci/ temperatury 0,01 do 1/ manualne

ħródło: [11].

Do okreĞlenia długoĞci pozostawionych Ğladów hamowania wykorzystywano drogomierz kołowy, przyrząd fotogrametryczny oraz aparat fotograficzny Canon.

3. Wyniki badaĔ eksperymentalnych

Zapis z kamery wykorzystano do analizy (wyznaczenia) chwilowych parametrów ruchu takich jak: maksymalny kąt przechyłu wzdłuĪnego, prĊdkoĞü kątowa przechyłu wzdłuĪnego, zróĪnicowa-nie prĊdkoĞci obrotowych kół (znaczniki na kołach) dla osi odciąĪanej i dociąĪanej w procesie hamowania.

Do porównania wyników badaĔ przyjĊto wartoĞü Ğredniego pełnego opóĨnienia (MFDD). Taki sposób interpretacji wyników pozwoli odnieĞü warunki generowania Ğladu hamowania do tych, które przyjmuje siĊ jako umowne w programach do symulacji ruchu i zderzeĔ pojazdów.

Przykładowy widok Ğladów hamowania z prĊdkoĞci 59 km/h do całkowitego zatrzymania przedstawiono na rysunkach 6 i 7, a zmiany rejestrowanych wielkoĞci na rysunku 8. Zmiany reje-strowane wielkoĞci i Ğlady termiczne podczas hamowania z prĊdkoĞci 119 km/h przedstawiono odpowiednio na rysunkach 9 i 10.

Uzyskane wyniki badaĔ eksperymentalnych zamieszczono w tabeli 2, a w poszczególnych ko-lumnach umieszczono nastĊpujące wielkoĞci: vp – prĊdkoĞü początkowa pojazdu, MFDD – Ğrednie pełne opóĨnienie, Sh08 – droga hamowania przebyta przez pojazd od miejsca, w którym opóĨnienie wzdłuĪne osiągnĊło wartoĞü 80% MFDD do miejsca zatrzymania siĊ samochodu, Shw – zmierzona drogomierzem długoĞü widocznego Ğladu hamowania.

(6)

Rys. 6. Widok śladów hamowania z prędkości ok 60km/h – w kierunku jazdy (po lewej), w kierunku przeciwnym (po prawej).

Strzałkami zaznaczono zewnętrzne krawędzie śladów hamowania

ħródło: opracowanie własne.

Rys. 7. Widok śladów hamowania – po lewej obraz termograficzny, po prawej obraz rzeczywisty, fotografie wykonane w kierunku przeciwnym do kierunku jazdy

(7)

Rys. 8. Zmiany w czasie prędkości jazdy pojazdu v, opóźnienia ax, sygnału napięcia z włącznika STOP hm

Rys. 9. Zmiany w czasie prędkości jazdy pojazdu v, opóźnienia ax, sygnału napięcia z włącznika STOP hm

(8)

Rys. 10. Widok śladów hamowania – po lewej obraz termograficzny, po prawej obraz rzeczywisty, fotografie wykonane w kierunku przeciwnym do kierunku jazdy

Na klasycznej fotografii trudno jest jednoznacznie okreĞliü długoĞü i szerokoĞü Ğladów hamo-wania. Natomiast na obrazie termograficznym moĪna zauwaĪyü Ğlady obu kół o jednakowej szerokoĞci na całej długoĞci intensywnego hamowania (widoczna linia miĊdzy Ğladami hamowania, to złącze nawierzchni asfaltowej).

Tab. 2. Zestawienie uzyskanych w wyniku badań eksperymentalnych wartości wielkości podczas hamowania awaryjnego

vp MFDD Sh08 Shw kmh-1 _ms-2 _m _m 59 9,84 11,6 12,4 74 9,67 20,8 22,4 88 9,65 29 29,7 119 9,94 52,9 52,5

(9)

4. Podsumowanie

W artykule przedstawiono próbĊ oszacowania Ğladu termicznego powstającego podczas ekstre-malnego hamowania kół ogumionych pojazdu wyposaĪonego w układ zapobiegający blokowaniu kół. Zaprezentowano wyniki, wstĊpnych eksperymentalnych badaĔ dotyczących wyznaczenia Ğla-dów ekstremalnego hamowania samochodu z układem ABS. Na podstawie obrazu termowizyjnego, stwierdzono, Īe jest moĪliwe okreĞlenie długoĞci Ğladów hamowania, a widoczna długoĞü Ğladu w porównaniu do drogi pojazdu przebytej w zakresie 10–80% MFDD róĪni siĊ około 7%. Zmiany termiczne jako Ğlady hamowania na nawierzchni asfaltowej od chwili wykonania testu hamowania były moĪliwe do zarejestrowania przez kamerĊ termowizyjną w przedziale czasowym wynoszącym ok. 15 minut po zdarzeniu.

Bibliografia

1. Dugoff H., Fancher P.S., Segel L.: An Analysis of Tire Traction Properties and Their Influence on Vehicle Dynamics Performance. SAE Technical Pa-per 700377.

2. Guzek M., Lozia Z.: Porównanie różnych metod oceny długości drogi hamowania

samochodu. Problemy rekonstrukcji wypadków drogowych. VI Konferencja, Zakopane 1998.

3. Guzek M., Lozia Z., Zdanowicz P., Jurecki R. S., StaĔczyk T. L.: Research on behaviour of drivers in accident situation conducted in driving simulator. Journal of KONES Powertrain and Transport Vol. 16, No.1, pp. 173-183, 2009.

4. Reza A., ZĊbala J., PieniąĪek W.: Badanie eksperymentalne wybranych parametrów hamowania samochodu osobowego. Problemy rekonstrukcji wypadków drogowych, VI Konferencja, Zakopane 1998.

5. StaĔczyk T.L., Jurecki R.: Budowa i weryfikacja modelu kierowcy dla analizy sytuacji przedwypadkowych. Czasopismo Techniczne Mechanika Z. 7-M/2004. T. 2, 2004.

6. Bułka D., Walczak S., Wolak S.: Proces hamowania – aspekt prawny i techniczny w ujęciu symulacyjnym i analitycznym. III Konferencja naukowo-szkoleniowa "Rozwój techniki samochodowej a ubezpieczenia komunikacyjne", WSB, Radom 2006.

7. Wang Y., Wu J.: Skidmark patterns and identification of abs-equipped passenger car. Journal of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, Vol. 6, pp. 3401 - 3412, 2005. 8. ĝwider P., Janczur R., Bułka D.: Prędkość początkowa samochodu a długość ujawnionych

śladów blokowania kół. Paragraf na drodze, nr specjalny 10 (ISSN 1505-3520), Kraków 2011.

9. Zaranek K., Kulikowski D.: Ślady kryminalistyczne na miejscu wypadku drogowego z udziałem motocykla. Kwartalnik Policyjny nr 1, Wydawca: Centrum Szkolenia Policji, Legionowo 2013.

10. Bułka D., Janczur R., Wach K.: Nowoczesna aparatura pomiarowa do badań podłużnej i poprzecznej dynamiki pojazdów. Paragraf na drodze, nr 11 Wydawnictwo Instytutu Ekspertyz Sądowych, Kraków 2011.

11. http://www.testo.com.pl/produkt/0563+0890+V2/Kamera-termowizyjna-testo-890-2-detektor-640x480-pix-#tab-4 (broszura.pdf, dostĊp 03.04.2014).

(10)

EVALUATION ATTEMPT OF TIRE THERMAL SKID MARK DEVELOPED DURING BRAKING OF WHEELED VEHICLE

Summary

The paper presents an evaluation attempt of the tire thermal skid mark developed during the extreme braking of tired wheels of an ABS-equipped vehicle. In order to increase the active safety during the extreme braking, modern cars are equipped in the braking system including the system optimizing wheel-slide (ABS). The ABS will not allow for 100 % wheel-slide which will not leave any slide marks on the road. In many cases it makes the reconstruction of road occurrences difficult to identify and it might contribute to the safety improvement in traffic.

Keywords: tired wheel, skid mark, method Bronisław Kolator

Andrzej Olszewski

Katedra Budowy, Eksploatacji Pojazdów i Maszyn Wydział Nauk Technicznych

Uniwersytet WarmiĔsko-Mazurski w Olsztynie ul. Oczapowskiego 11, 10-736 Olsztyn

email: kolator@uwm.edu.pl, andrzej.olszewski@uwm.edu.pl Stanisław Walczak

Wydział Mechaniczny Politechnika Krakowska,

al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków e-mail. swalczak@mech.pk.edu.pl Stanisław Wolak

Firma Cybid sp.j.

ul. KuĨnicy Kołłątajowskiej 15c/l2, 31-234 Kraków e-mail: swolak@cyborgidea.com.pl