Abstrakt: Predložený článok prezentuje výsledky experimentálnych meraní brzdného spomalenia vozidla záchrannej zdravotnej služby a analýzu limitov použitia hodnôt brzdného spomalenia získaných experimentálne pri realizácii znaleckého experimentu. Pri brzdení cestných vozidiel v reálnom svete existuje rozdiel medzi reálnym časovým priebehom plného brzdného spomalenia a jeho idealizovaným priebehom prezentovaným v odbornej a vedeckej literatúre. Z tohto dôvodu vyplývajú limity použiteľnosti veličiny MFDD vo forenznej rekonštrukcii a analýzy cestných dopravných nehôd.
Kľúčové slová: súdne inžinierstvo, brzdenie, analýza, dopravná nehoda
JEL: L62
SPECIFICS OF DETERMINATION THE FULL BRAKING DECELERATION OF ROAD VEHICLE IN FORENSIC ANALYSIS
Keywords: forensic engineering, braking, analysis, traffic accident
1 Úvod
Brzdné spomalenie cestného vozidla pri intenzívnom brzdení možno považovať za jednu z najdôležitejších vstupných hodnôt pri rekonštrukcii a analýze cestných dopravných nehôd. Správne určenie hodnoty tejto veličiny má výrazný dopad na presnosť a technickú relevantnosť znaleckých výpočtov.
Časový priebeh brzdného spomalenia je v technickej literatúre často vysvetľovaný na idealizovanom priebehu ktorý je znázornený na obrázku 1: po uplynutí reakčného času tr vodiča vozidla na vzniknutú dopravnú situáciu dochádza k stlačeniu pedálu prevádzkovej brzdy a po uplynutí času technického oneskorenia bŕzd dochádza k nábehu brzdného účinku a následne k brzdeniu vozidla s konštantným plným brzdným spomalením (ideálne do zastavenia).
Rovnaká idealizácia priebehu brzdného spomalenia, t.j. konštantné plné brzdné spomalenie, je implementovaná napr. aj v najčastejšie používaných simulačných programoch, ako napr. PC-Crash [2].
Zdroj: [1]
Obr. 1 Idealizovaný priebeh brzdného spomalenia cestného vozidla
Vyššie uvedená idealizácia však nie vždy vystihuje skutočný časový priebeh brzdného spomalenia s implikáciami pre znaleckú prax, ako ak pre výskum v oblasti analýzy cestných dopravných nehôd.
Cieľom tohto príspevku je analýza použitia hodnôt brzdného spomalenia získaných experimentálne napr. pri realizácii znaleckého experimentu v kontexte meraní brzdných spomalení vozidla záchrannej zdravotnej služby (ZSS).
2 Metodika a použité prístroje
Ako testovacie vozidlo bolo použité vozidlo záchrannej zdravotnej služby Renault Master 2 (Obrázok 2). Základné údaje o vozidle sú uvedené v tabuľke 1. Vozidlo bolo obsadené vodičom, pasažierom v ložnom priestore vozidla a skúšobnou figurínou.
Zdroj: Autori
Obr. 2 Vozidlo ZZS použité na brzdné skúšky
Tabuľka 1: Základné údaje o testovacom vozidle
Zdroj: Autori
Dynamické parametre vozidla počas testovacích jázd boli merané prostredníctvom prístroja DSD PicDAQ5 (Obrázok 3). DSD PicDAQ5 [3] kompletný merací systém pozostávajúci z 2 trojosích akcelerometrov (merací rozsah ±1.5 g a ±200 g), trojosého senzora uhlovej rýchlosti – gyroskopu (±300 °/s) a GPS senzora rýchlosti (5 Hz). S možnosťou dodatočného zapojenia 6 analógových vstupov, 4 digitálnych vstupov a CAN BUS vstupov. Vertikálne rozlíšenie AD prevodníka 12 bit, v rámci testov nastavená vzorkovacia frekvencia 1 kHz. Prístroj bol umiestnený na čelnom skle vozidla. Na vyhodnotenie nameraných údajov z prístroja bol použitý program PocketDaqAnalyzer, v. 1.2.0.14.
Zdroj: Autori
Obr. 3 Prístroj DSD PicDAQ5 (vľavo), umiestnenie prístroja vo vozidle (vpravo)
Pri testovacích jazdách vykonal vodič vozidla rozjazd vozidla na rýchlosť v intervale (50-60) km/h a následne vykonal intenzívne brzdenie vozidla plným zošliapnutím pedálu prevádzkovej brzdy. Vonkajšia teplota pri meraniach 13-17 °C, povrch vozovky asfaltový, čiastočne vlhký. Medzi jednotlivými jazdami bol časový odstup cca 10 min. Celkovo bolo zrealizovaných 28 jázd, pričom pre účely tohto príspevku bolo použitých 19, pri ktorých sa vozidlo pohybovalo pri brzdení len priamym smerom, t.j. bez jazdy v smerovom oblúku.
Spracovanie výsledkov meraní v programe PocketDaqAnalyzer prebiehalo v nasledovnej postupnosti:
- Filtrácia surových údajov z PicDAQ5 v súlade s CFC15, pričom na filtráciu dát bol použitý digitálny rekurzívny Butterworthov filter 4. rádu (bez fázového posunu).
- Definovanie začiatočných a konečných oblastí v dátovom poli, kedy bola rýchlosť vozidla 0 km/h, t.j. vozidlo stálo.
- Kompenzácia a optimalizácia nenulových hodnôt uhlovej rýchlosti vozidla v začiatočných a konečných oblastiach dátového poľa, t.j. v bodoch nulovej rýchlosti vozidla.
- Spätná integrácia časového priebehu uhlovej rýchlosti pre určenie časového priebehu uhlov klopenia, klonenia a rotácie vozidla.
- Kompenzácia časového priebehu zrýchlení o uhly klopenia, klonenia a rotácie, ako aj gravitačného zrýchlenia.
- Spätná integrácia časového priebehu kompenzovaných zrýchlení pre určenie časového priebehu rýchlostí vozidla.
- Spätná integrácia časového priebehu rýchlosti pre určenie časového priebehu dráhy prejdenej vozidlom.
Vyššie uvedených postupom bolo možné získať priebeh zrýchlení vozidla v jednotlivých osiach kompenzovaný o uhly klopenia, klonenia a rotácie, ako aj gravitačného zrýchlenia a následne z nich integráciou vypočítať rýchlosti a dráhy prejdené vozidlom. Použitá súradnicová sústava je v súlade s technickou normou ISO8855:2011.
Z vyššie uvedených údajov bola (z hodnôt pre os x) následne vypočítaná hodnota MFDD (Mean Fully Developed Deceleration) a to v súlade s predpisom EHK č. 13 [4]:
kde:
V0 – rýchlosť vozidla na začiatku brzdenia (km/h)
Vb – rýchlosť vozidla pri 0.8 V0 (km/h)
Ve – rýchlosť vozidla pri 0.1 V0 (km/h)
sb – dráha prejdená medzi V0 a Vb (m)
se – dráha prejdená medzi V0 a Ve (m)
Okrem hodnoty MFDD bola ďalej vypočítaná aj hodnota plného brzdného spomalenia vozidla z hodnoty rýchlosti na počiatku intenzívneho brzdenia a dráhy, ktorú vozidlo prešlo od tohto okamihu až do zastavenia:
kde:
v – rýchlosť vozidla na začiatku intenzívneho brzdenia (m/s)
s– dráha prejdená vozidlom počas intenzívneho brzdenia do zastavenia (m)
3 Výsledky
Na obrázku 4 sú znázornené časové priebehy kompenzovaných zrýchlení vozidla v smere osi x. V tabuľke 2 sú uvedené vypočítané hodnoty MFDD, b ako aj percentuálny rozdiel hodnoty MFDD od b pre danú jazdu. V tabuľke 2 je oranžovou farbou vyznačená jazda pri ktorej hodnota MFDD bola nižšia ako hodnota b a zelenou farbou je vyznačená jazda pri ktorej hodnota MFDD bola vyššia ako hodnota b.
Jazda 1
Jazda 2
Jazda 3
Jazda 4
Jazda 5
Jazda 6
Jazda 7
Jazda 8
Jazda 9
Jazda 10
Jazda 11
Jazda 12
Jazda 13
Jazda 14
Jazda 15
Jazda 16
Jazda 17
Jazda 18
Jazda 19
Zdroj: Autori
Obr. 4 Časové priebehy kompenzovaných zrýchlení vozidla
Tabuľka 2: Vypočítané hodnoty MFDD a plného brzdného spomalenia
Zdroj: Autori
4 Diskusia a záver
Z vykonanej matice experimentálnych meraní s vozidlom ZSS na vlhkom asfaltovom povrchu bola priemerná hodnota plného brzdného spomalenia 6.41 m/s-2 (SO = 0.53 m/s-2).
Ďalej je možné na základe údajov v tabuľke 3 pozorovať, že v 12 z 19 jázd bola vypočítaná hodnota MFDD nižšia ako vypočítaná hodnota plného brzdného spomalenia a to v prípade jázd 1, 3 , 4, 5, 9, 10, 11, 13, 15, 16, 18 a 19. MFDD bolo v týchto prípadoch nižšie oproti hodnote plného brzdného spomalenia v rozmedzí od cca 2 % (1.85 % – jazda 1) až po cca 15 % (14.70 % – jazda 16). Pri bližšom pohľade je možné identifikovať, že pri vyššie uvedených jazdách došlo k počiatočnému prudkému nárastu brzdného spomalenia (niekedy až na hodnotu 1 g), následnému prudkému poklesu brzdného spomalenia a opätovnému pozvoľnému nárastu brzdného spomalenia. Pri kvalitatívnom pohľade na časové priebehy zrýchlení vozidla na obrázku 4 je zrejmé, že najmenej sa tento efekt prejavil práve pri jazde 1 a najvýraznejší je tento efekt, t.j. diferencia medzi lokálnym maximom pri počiatočnom prudkom náraste brzdného spomalenia a následným lokálnym minimom pri prudkom poklese brzdného spomalenia pri jazde 16.
Pri jazdách 2, 6, 7, 8, 12, 14, 17 došlo k dosiahnutiu vyššej hodnoty MFDD oproti hodnote plného brzdného spomalenia, avšak tento rozdiel je oveľa menej markantný ako pri prvej skupine jázd: MFDD bolo v týchto prípadoch vyššie oproti hodnote plného brzdného spomalenia v rozmedzí len od cca 0.3 % (0.29 % – jazda 8) po cca 5 % (5.27 % – jazda 6). Pri bližšom pohľade je možné identifikovať, že pri týchto jazdách bol priebeh brzdného spomalenia konzistentnejší bez extrémnych diferencií medzi lokálnymi maximami a lokálnymi minimami dosiahnutého brzdného spomalenia.
Vyššie uvedené je ďalej možné logicky vysvetliť z hľadiska definície veličiny MFDD – táto veličina, ktorá je určená prioritne pre legislatívne overovanie brzdných vlastnostní cestných vozidiel – určuje hodnotu brzdného spomalenia počas priebehu brzdenia (medzi 80 % a 10 % rýchlosti vozidla na počiatku brzdenia), pričom pri určitých priebehoch brzdenia nie je schopná zachytiť prvé lokálne maximum brzdného spomalenia po nábehu brzdného účinku. To, že toto lokálne maximum brzdného spomalenia nie je veličinou MFDD zachytené však neznamená, že k tomuto javu nedošlo – vozidlo bolo týmto lokálnym maximom brzdného spomalenia dodatočne spomalené. Toto má implikácie napr. pre forenznú rekonštrukciu cestných dopravných nehôd kedy by došlo pri znaleckom experimente k realizácii brzdných skúšok pre zistenie dosiahnuteľnej hodnoty brzdného spomalenia a znalec by použil ako relevantnú hodnotu MFDD (ktorú niektoré meracie prístroje priamo vypočítajú). V takom prípade by došlo k vneseniu chyby vstupnej hodnoty dosiahnuteľného brzdného spomalenia pri znaleckých výpočtoch.
Čo sa týka mechanizmu vzniku vyššie popísaného efektu – hlbšia analýza bude predmetom nasledovného výskumu.
5 Literatúra
- KASANICKÝ, G. – KOHÚT, P. – LUKÁŠIK, M. Teória pohybu a rázu pri analýze a simulácii nehodového deja. . 1. vyd. Žilina: Žilinská univerzita v Žiline, 2001.
- WACH, W. – MOSER, A. Simulation of Vehicle Accidents using PC-Crash. 1. vyd. DSD – Dr. Steffan Datentechnik GmbH, Linz, Rakúsko. 2012
- PicDAQ5, (2023). http://www.dsd.at/index.php?option=com_content&view=article&id=16:pic-daq&catid=37&Itemid=159&lang=en (prístupné 18.12.2023)
- Predpis EHK č. 13. Jednotné ustanovenia pre homologizáciu vozidiel kategórie M, N a O z hľadiska brzdenia.
Poďakovanie
Tento príspevok bol podporený Agentúrou pre podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-20-0626. Tento príspevok bol vypracovaný v rámci projektu APVV-20-0626: Biomechanicky verná náhrada ľudského tela pre zvýšenie objektivity forenznej analýzy cestných dopravných nehôd.
Autori touto cestou ďakujú spoločnosti ZaMED, s.r.o za spoluprácu pri príprave a realizácii jazdných skúšok.
Autori:
Tituly a pôsobisko autorov:
1 doc. Ing. Eduard Kolla, PhD., Žilinská univerzita v Žiline, Ústav znaleckého výskumu a vzdelávania, Univerzitná 8215/1, Žilina, 010 26, E-mail: kolla@uniza.sk
2 Ing. Lukáš Szabo, Nemčice, 955 01, E-mail: lukas.szabo9702@gmail.com
VYTLAČIŤ