Расчет скорости автомобиля по деформации

Расчет скорости автомобиля по деформации

При расследовании причин ДТП наиболее важным вопросом является установление скорости автомобиля перед столкновением с другим транспортным средством. Как правило, в ходе предварительного следствия, для ее определения используют показания свидетелей, потерпевших либо обвиняемых в данном ДТП. Но как показывает практика, полученные показания не всегда достоверны и имеют значительный разброс. Это обусловлено тем, что, с одной стороны, каждый наблюдатель склонен либо к переоценке скорости, либо к ее недооценке, а с другой – рассеянием индивидуальной оценки вокруг ее среднего значения [3].

Анализ методов определения

Более объективный результат, при определении скорости автомобиля перед столкновением, можно получить лишь при оценке последствий ДТП (следы торможения, положение автомобилей, деформация кузова). В настоящее время разработан ряд методик, позволяющих установить с той или иной погрешностью скорость автомобиля перед столкновением.

Так методика, описанная в литературе [3,4], базируется на анализе следов торможения (юза), зафиксированных на дорожном покрытии, на месте ДТП. Если при экстренном торможении колеса транспортного средства доводятся до блокировки, его скорость перед началом торможения определяется по формуле [3]:

, (1)

где Va – искомая скорость движения, м/c;

t3 – время нарастания замедления при экстренном торможении, с;

j – установившееся максимальное замедление, м/с2;

Sю – длина следа юза колеса до полной остановки транспортного средства, м.

При выводе этой формулы исходили из условия, что длина следа торможения равна расстоянию, на которое перемещается транспортное средство в процессе торможения его с максимальным замедлением.

Величина установившегося максимального замедления j определяется экспериментальным или расчетным путем с учетом обстоятельства происшествия [4].

Данный способ определения скорости автомобиля перед столкновением имеет ряд существенных недостатков, таких как:

• на влажных покрытиях следы юза обычно мало заметны, а на обледенелой и укатанной заснеженной дороге могут быть не видны совсем. Кроме того, частицы резины протектора, образующие следы юза на покрытии, с течением времени выветриваются или смываются, вследствие чего длина следа уменьшается;
• не учитывается гашение скорости автомобиля при столкновении с другим транспортным средством.

Данная методика определения скорости автомобиля эффективна лишь в случае нахождения автомобиля в конце тормозного следа, длина которого замеряется до задних колес. Такое положение автомобиля характерно для случая наезда на пешехода.

В случае столкновения автомобилей наибольшее распространение в экспертной практике получили методики по определению скорости, основанные на положениях теории удара [1,2,3]. В результате столкновения автомобилей кинетическая энергия удара гасится за очень короткое время и на небольшом расстоянии. Это вызывает появление ускорений и пропорциональных им ударных сил значительной величины. Практически возникают силы, составляющие для легковых автомобилей от нескольких десятков до 400 кН. Для автобусов и грузовых автомобилей эти силы могут возрастать до нескольких тысяч кН.

В теории удара используется понятие коэффициента восстановления Куд – величины, характеризующей потери механической энергии соударяющихся тел вследствие появления в них остаточных деформаций и их нагревания. При прямом ударе тел коэффициент восстановления представляет собой отношение относительных скоростей тел перед ударом и после него [3]:

, (2)

где v1 и v2 – скорости тел до удара, м/с;

v1’ и v2’ – скорости тех же тел после удара, м/с.

Если коэффициенты соударяющихся тел равны, то, зная скорости после v1’ и v2’ удара, можно найти начальные значения скоростей [3]:

(3)

где m1 и m2 – массы соударяющихся тел, кг;

Куд – коэффициента восстановления.

Для определения скорости автомобилей до столкновения по формуле (3) необходимо знать величину коэффициента восстановления для соударяющихся автомобилей, достоверных данных о значении которого весьма немного. Непосредственное использование теории удара в экспертизе ДТП малоэффективно по ряду причин, таких как:

• практически невозможно установить значения коэффициента восстановления расчетным путем;
• в теории рассматривается столкновение тел простых форм, автомобили же представляют собой сложные механические системы, имеющие различные очертания и механические свойства;
• в теории контакт тел рассматривается в точке, на практике же автомобили взаимодействуют на обширных участках и.т.п.

В [3] описывается методика определения скоростей автомобилей при их столкновении, основанная на определении работ сил сопротивления перемещениям автомобилей в процессе их отбрасывания после столкновения. Согласно [3], начальные скорости автомобилей 1 и 2 при перекрестном столкновении можно определить, предположив, что кинетическая энергия каждого автомобиля после удара перешла в работу трения шин по дороге во время поступательного перемещения на расстояние Sпн1 (Sпн2) и поворота вокруг центра тяжести на угол ?1 (?2).

Работа трения шин по дороге при поступательном перемещении автомобиля 1:

, (4)

где m1 – масса автомобиля 1, кг;

Sпн1 – расстояние, пройденное автомобилем 1 после удара, м;

φy – коэффициент поперечного сцепления шин с дорогой.

То же при повороте автомобиля 1 относительно его центра тяжести на угол ?1:

, (5)

где a1 и b1 – расстояние от переднего и заднего мостов автомобиля 1 до его центра тяжести, м;

?1 – угол поворота автомобиля 1 вокруг его центра тяжести, рад;

Rz1 и Rz2– нормальные реакции дороги, действующие на передний и задний мосты автомобиля 1и определяемые, как:

, (6)

где L’ – база автомобиля 1, м.

Следовательно:

Откуда скорость автомобиля 1 после столкновения:

(7)

Аналогично определяется скорость автомобиля 2 после столкновения:

, (8)

где Sпн2 – расстояние, пройденное автомобилем 2 после удара, м;

a2 и b2 – расстояние от переднего и заднего мостов автомобиля 2 до его центра тяжести, м;

?2 – угол поворота автомобиля 2 вокруг его центра тяжести, рад;

L’’ – база автомобиля 2, м.

Скорости автомобилей 1 и 2 до перекрестного столкновения окончательно определяются из закона сохранения количества движения с учетом формул (7), (8):

, (9)

где Sпн1, Sпн2,– расстояния, на которые переместились центры тяжести автомобилей 1 и 2 соответственно после перекрестного столкновения, м;

Ф1, Ф2 – углы, на которые переместились центры тяжести автомобилей 1 и 2 соответственно после перекрестного столкновения, рад.

При использовании данной методики необходимо учитывать, что расстояния Sпн1 и Sпн2 и углы Ф1и Ф2, характеризующие перемещения центров тяжести автомобиля, могут значительно отличаться от длины и углов наклона следов, оставленных шинами на дороге.

Для более точного установления скорости автомобиля перед столкновением необходимо знать, какая часть его кинетической энергии, высвобождаемой при ударе с другим транспортным средством, вызывает механические повреждения и переходит в потенциальную энергию пластического деформирования кузова автомобиля. Методика оценки объема деформации кузова легковых автомобилей, изложенная в литературе [1,2], основана на алгоритме Crash 3[1,2,5] и предназначена для определения доли затрат кинетической энергии ΔE на развитие деформаций и эквивалентную данным затратам скорость. Данная методика используется в таких специализированных продуктах, как: Crash 3, PC Crush 7.2, Big Sums Pro, Damage, AR pro 7 и других подобных. Согласно [1,2], кинетическая энергия, затраченная на развитие деформации (на примере 2-х характерных точек зоны локализации деформаций), определяется, как:

, (10)

где δ – угол столкновения транспортных средств, град;

LД – ширина зоны локализации деформаций, мм;

mА – масса автомобиля, кг;

k0 – коэффициент жесткости (квадратичная постоянная), определяемый по результатам краш-тестов [2,5];

k1 – коэффициент жесткости, определяемый по результатам краш-тестов [2,5];

С1, С2 – величина деформации в характерной точке, определяемая линейной съемкой объемных деформаций транспортных средств, мм.

Методика определения данных деформаций подробно описана в [1,2].

Скорости автомобилей 1 и 2 перед столкновением, в простейшем случае, определяются как слагаемое из следующих составляющих: скорости погашенной при развитии локальной зоны деформации автомобиля при ударе – ΔVcrush, и скорости автомобиля, к моменту столкновения исходя из пути их отбрасывания – VOT [1,2]:

(11)

Скорости автомобилей 1 и 2 к моменту их столкновения можно получить из закона сохранения энергии:

, (12)

где α1 и α2 – углы отбрасывания автомобилей 1 и 2 соответственно, град;

v1’ и v2’ – скорости после столкновения автомобилей 1 и 2 соответственно, км/час.

Поскольку расход энергии на перемещение автомобилей 1 и 2 после ДТП незначителен, то их скорости после столкновения можно определить исходя из энергетических затрат перемещения центра масс автомобиля после наезда на препятствие [1,2]:

, (13)

где S1 и S2 – расстояние, пройденное автомобилем 1 и 2 после удара, м;

φ’ – коэффициент поперечного сцепления шин с дорогой.

Скорость , затраченная на развитие локальной зоны деформации автомобиля после столкновения определяется по полученному значению кинетической энергии ΔE (10) [1,2]:

, (14)

где mА – масса автомобиля, кг.

Таким образом, можно получить оценочную скорость движения автомобиля до столкновения с другим транспортным средством с учетом полученных им деформаций в результате ДТП.

Недостатком данного метода является отсутствие возможности учесть ряд факторов, существенно влияющих на деформации, полученные автомобилем в результате столкновения. К таким факторам можно отнести техническое состояние автомобиля на момент столкновения, особенности конструкции кузова, состояние тормозной системы, срок службы автомобиля и.т.п. Таким образом, данный метод определения скорости автомобиля перед столкновением требует дальнейшей проработки, с целью включения неучтенных исходных данных, значительно влияющих на конечный результат расчета.

Рассмотренные в статье методы определения скорости автомобиля до столкновения, к сожалению, не позволяют получить абсолютно достоверную информацию о исходной скорости движения. Погрешности вычисления, в свою очередь, приводят к недостоверной картине произошедшего ДТП.

В настоящее время на мировом рынке программного обеспечения существует достаточно много различного рода программных средств, применяемых при анализе ДТП и позволяющих определить также и скорость автомобиля перед столкновением. К сожалению, в России они практически не известны. Однако роль специализированного программного обеспечения в экспертных исследованиях при реконструкции ДТП неоценима, а активное развитие и совершенствование делает многие программные комплексы мощным инструментом эксперта [1,2].

Рецензенты:

Бардышев О.А., д.т.н., профессор, генеральный директор ЗАО «Санкт-Петербургская техническая экспертная компания», г. Санкт-Петербург.

Ушаков А.И., д.т.н., профессор, директор ООО «Научно-производственный информационно-консультационный центр-плюс», г. Санкт-Петербург.

Источник статьи: http://science-education.ru/ru/article/view?id=11606

Сравнительный анализ методов определения скорости автотранспортного средства при наезде на препятствие Текст научной статьи по специальности « Механика и машиностроение»

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Калмыков Борис Юрьевич, Копылов Сергей Васильевич, Гармидер Александр Сергеевич

В статье приведено исследование по определению скорости в момент столкновения или наезда на препятствие методом расчета скорости: по деформации кузова и деталей транспортного средства и по зоне разброса осколков лобового стекла. Известно, что при определении скорости движения автомобилей в момент столкновения способ её расчета по деформации кузова транспортного средства, имеет преимущества в отличие от способа расчета скорости транспортного средства по зоне разброса осколков стекол (лобового стела). Поэтому в данной статье представлен расчет скорости в момент наезда на препятствие автомобилем ВАЗ 210740 этими двумя способами.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Калмыков Борис Юрьевич, Копылов Сергей Васильевич, Гармидер Александр Сергеевич

Текст научной работы на тему «Сравнительный анализ методов определения скорости автотранспортного средства при наезде на препятствие»

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПРИ НАЕЗДЕ НА ПРЕПЯТСТВИЕ Калмыков Б.Ю.1, Копылов С.В.2, Гармидер А.С.3 Email: Kalmykov1793@scientifictext.ru

‘Калмыков Борис Юрьевич — кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой;

2Копылов Сергей Васильевич — магистрант;

3Гармидер Александр Сергеевич — аспирант, кафедра техники и технологий автомобильного транспорта, Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) Донской государственный технический университет, г. Шахты

Аннотация: в статье приведено исследование по определению скорости в момент столкновения или наезда на препятствие методом расчета скорости: по деформации кузова и деталей транспортного средства и по зоне разброса осколков лобового стекла. Известно, что при определении скорости движения автомобилей в момент столкновения способ её расчета по деформации кузова транспортного средства, имеет преимущества в отличие от способа расчета скорости транспортного средства по зоне разброса осколков стекол (лобового стела). Поэтому в данной статье представлен расчет скорости в момент наезда на препятствие автомобилем ВАЗ 210740 этими двумя способами.

Ключевые слова: столкновение, энергетические затраты, линейная скорость движения, деформация деталей кузова.

COMPARATIVE ANALYSIS OF METHODS FOR DETERMINING THE SPEED OF A MOTOR VEHICLE WHEN AN OBSTACLE COLLIDES Kalmykov B.Yu.1, Kopylov S.V.2, Garmider A.S.3

‘Kalmykov Boris Yurievich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department;

2Kopylov Sergey Vasilievich — undergraduate;

3Garmider Alexander Sergeevich — postgraduate student, CHAIR OF TECHNOLOGY AND TECHNOLOGY OF AUTOMOBILE TRANSPORT INSTITUTE OF SERVICE AND ENTREPRENEURSHIP (BRANCH), DON STATE TECHNICAL UNIVERSITY, SHAKHTY

Abstract: the article gives an investigation of the speed at the time of a collision or an impact on an obstacle by the method of calculating the speed: the deformation of the body and the vehicle parts, and the scatter zone of the windshield splinters. It is known that when determining the speed of movement of cars at the time of a collision, the method of calculating it by deformation of the body of a vehicle has advantages, in contrast to the method for calculating the speed of a vehicle over the area of scatter of glass fragments (frontal stele). Therefore, in this article, the calculation of the speed at the time of a collision on an obstacle by a car VAZ 210740 in these two ways is presented. Keywords: collision, energy costs, linear speed of movement, deformation of body parts.

Данная статья является продолжением работ, связанных с применением метода расчета скорости транспортных средств перед столкновением по деформации их деталей [1, 2].

Для сравнения скорости транспортных средств (ТС) в момент столкновения были произведены расчеты двумя способами: по расположению зон разлета осколков лобового стекла [3] и метода расчета скорости транспортных средств перед столкновением по деформации их деталей [4]. В качестве примера представлено реальное дорожно-транспортного происшествия (ДТП), которое произошло в городе Шахты на пр. Победы Революции, 60.

Краткая характеристика ДТП. Водитель автомобиля ВАЗ 210740 выбрал небезопасную скорость, не справился с управлением и совершил наезд на препятствие (мачту уличного освещения). В результате ДТП водитель получил телесные повреждения и был доставлен

бригадой № 9 ОСМП в ТО МУЗГБ им. Ленина с диагнозом: закрытый перелом левого бедра, левой голени, нижней челюсти.

Время происшествия 17.03.2013 в 01 час 10 мин, состояние погоды — пасмурно. Видимость впереди 200 метров. Освещение пути искусственное. Освещение транспорта: фары, подфарники не горели. Продольный профиль пути — прямая. Ширина проезжей части 14,5 метра. Покрытие дороги — асфальт. Состояние дорожного покрытия влажное. Дефекты дорожного покрытия отсутствуют. Положение автомобиля ВАЗ-21074 представлено на рисунке.

Рис. 1. Положение автомобиля ВАЗ-21074

След торможения спаренный, направлен по направлению движения от ул. Пролетарская в сторону ул. Ионова г. Шахты. Следы на расстоянии 3 метра отправного края проезжей части и 3,6 м от угла дома № 60 по пр. Победы Революции. Наличие спереди на расстоянии 1,6 метра от правого края проезжей части и 24,8 метра от угла дома № 60 по пр. Победы Революции г. Шахты. Общая длина спереди 24,1 метра от обочины до правого колеса передней оси.

Произведем расчет скорости ТС в момент столкновения по способу расположения зон разлета осколков лобового стекла [3]. Скорость ТС в этом случае рассчитывается по формуле:

где V- скорость ТС в момент столкновения, м/с;

д — ускорение свободного падения 9,81 м/с2;

Ф — реализуемый коэффициент сцепления осколков с поверхностью дороги;

к — высота расположения отделившейся части стекла, м;

Б — среднее расстояние отбрасывания осколков (посредине пятна) автомобилем, м.

После подстановки исходных данных в формулу (1) скорость ТС в момент столкновения составляла 25,91 м/с или 93,27 км/ч.

Далее проведем расчет скорости ТС в момент столкновения по деформации кузова и деталей автомобиля [2,4].

Энергетические затраты по перемещению автомобиля в процессе отбрасывания после столкновения вычисляются по формуле (4) [2] и составляют от 13776 до 20664 Дж.

Средняя удельная деформация детали автомобиля рассчитывается по формуле (1) [2] для тонколистовых сталей марок типа Ст.3 = 17 МПа; для магниевых сплавов марок типа МА-14 = 7 МПа [5].

Работа деформации автомобиля ВАЗ 210740, который участвовал в ДТП, рассчитывается по формуле (3) [2], в результате получим значение 201110 Дж.

Определение всех затрат кинетической энергии, которые произвели деформацию деталей, а также перемещение автомобиля в плоском движении при его отбрасывании определяются по формуле (5) [2], они составляют значения от 234997 до 241885 Дж.

Определение линейной скорости отбрасывания автомобиля, которая эквивалентна энергетическим затратам вычисляется по формуле (6) [2], а их значения составляют от 21 м/с до 21,56 м/с.

Скорость движения автомобиля в момент столкновения рассчитывается по формуле (8). Ее искомое значение находится в пределах от 25,5 м/с до 26,17 м/с.

Если перевести скорость из м/с в км/ч, то скорость ТС будет находиться в пределах от 91,8 км/ч до 94,2 км/ч. В сравнении со скоростью, определенной по способу расположения зон разлета осколков лобового стекла, составляющей 93,27 км/ч погрешность вычислений находится в пределах от 1,0% до 1,6%.

Определение скорости движения автомобилей в момент столкновения по деформации кузова ТС, имеет преимущества в отличие от расчета скорости ТС по зоне разброса осколков стекол (лобового стела) [3]. Так как в расчете скорости по зоне разброса осколков имеются недостатки.

Первый недостаток заключается в том, что при расчете нельзя учесть скорость ветра на участке дороги в момент столкновения одного или нескольких транспортных средств. Также существует еще одна проблема, влияющая на зону разброса осколков — это выпадение осадков (дождь, снег, град).

Второй недостаток — достаточно трудоемко рассчитать сопротивление поверхности, по которой скользят осколки. Особенно в тех случаях, когда зона разброса осколков пришлась на газон или обочину дороги, где растет трава. Вследствие этого осколки не смогут беспрепятственно скользить, что приведет к неправильному расчету скорости ТС.

Список литературы / References

1. Калмыков Б.Ю., Копылов С.В. Актуальность применения метода расчета скорости транспортных средств перед столкновением по деформации их деталей. // Проблемы современной науки и образования, 2017. № 7 (89). С. 32 — 35.

2. Калмыков Б.Ю. Анализ метода расчета скорости автотранспортного средства по деформации деталей его кузова / Калмыков Б.Ю., Копылов С.В., Питченко Д.С., Гармидер А.С. // Проблемы современной науки и образования, 2017. № 10 (92). С. 40 — 43.

3. Патент на изобретение № 2281875. Авторы: Березуев М.Н., Кузнецов Н.П.

4. Патент на изобретение № 2275612. Авторы: Байков В.П., Киселев В.Б., Любарский К.А.

5. Машиностроительные материалы. Краткий справочник. Под ред. В.М. Раскатова. М.: Машиностроение, 1980. 511 с.

6. Калмыков Б.Ю. Особенности расчета потенциальной энергии удара автобуса при опрокидывании в сфере транспортного машиностроения / Калмыков Б.Ю., Овчинников Н.А., Калмыкова О.М. // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки, 2010. № 2. С. 84 — 87.

7. Калмыков Б.Ю. Граничные значения момента сопротивления поперечного сечения оконной стойки для метода определения остаточного ресурса безопасной эксплуатации кузова автобуса / Калмыков Б.Ю., Овчинников Н.А., Гармидер А.С., Калмыкова Ю.Б. // Вестник науки и образования, 2015. № 9 (11). С. 16 — 17.

8. Расчет прогнозируемого момента сопротивления сечения для материала кузова автобуса с учетом коррозионного изнашивания его элементов / Калмыков Б.Ю., Овчинников Н.А., Гармидер А.С., Калмыкова Ю.Б. // Вестник науки и образования, 2015. № 9 (11). С. 18 — 20.

9. Калмыков Б.Ю. Энергетический этап метода определения остаточного ресурса безопасной эксплуатации кузова автобуса / Калмыков Б.Ю., Овчинников Н.А., Гармидер А.С., Калмыкова Ю.Б. // International Scientific Review, 2015. № 8 (9). С. 31 — 32.

10. Калмыков Б.Ю. Нагрузочный этап метода определения остаточного ресурса безопасной эксплуатации кузова автобуса / Калмыков Б.Ю., Овчинников Н.А., Гармидер А.С., Калмыкова Ю.Б. // International Scientific Review, 2015. № 8 (9). С. 33 — 34.

Источник статьи: http://cyberleninka.ru/article/n/sravnitelnyy-analiz-metodov-opredeleniya-skorosti-avtotransportnogo-sredstva-pri-naezde-na-prepyatstvie