Instrukcja do ćwiczenia 1 - Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn

Podstawy analizy wypadków drogowych
Instrukcja do ćwiczenia 1
Wyznaczenie prędkości pojazdu na
podstawie długości śladów hamowania
pozostawionych na drodze
Spis treści
1.
CEL ĆWICZENIA ................................................................................................................................ 3
2.
WPROWADZENIE ............................................................................................................................... 3
2.1.
Siły działające na pojazd podczas hamowania............................................................................ 3
2.2.
Maksymalna siła hamowania ...................................................................................................... 4
2.3.
Rekonstrukcja procesu hamowania ............................................................................................. 5
3.
PRZEBIEG ĆWICZENIA ....................................................................................................................... 6
4.
ZADANIA DO ROZWIĄZANIA .............................................................................................................. 6
5.
WYTYCZNE DO SPRAWOZDANIA ....................................................................................................... 7
2
1.
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie metod analitycznych wyznaczania prędkości poruszania
się samochodu na podstawie śladów hamowania pozostawionych na jezdni. Przeprowadzenie
próby hamowania samochodu osobowego i na podstawie pozostawionych śladów hamowania
wyznaczenie prędkości początkowej samochodu.
2.
Wprowadzenie
Poruszający się pojazd ma znaczną energię kinetyczną (ruchu postępowego
i obrotowego)
mv 2 I k 2
Ek =
+ ω ,
2
2
która zaleŜna jest od kwadratu prędkości jazdy samochodu. Podczas hamowania energię tę
naleŜy przekształcić w pracę sił tarcia w hamulcach i ogumienia po jezdni.
2.1. Siły działające na pojazd podczas hamowania
Podczas hamowania konieczne jest oddziaływanie na pojazd sił zewnętrznych,
hamujących jego ruch. Na rysunku 1 pokazano główne siły działające na pojazd podczas
hamowania na drodze poziomej. Wówczas siły hamowania FHi i siły oporu ruchu łącznie
uczestniczą w zmniejszeniu prędkości samochodu. Cechą szczególną procesu hamowania jest
oddziaływanie znacznych sił bezwładności.
Rys.1. Siły hamowania na osiach kół pojazdu
Z sumy rzutów sił na kierunek poziomy wynika
FH 1 + FH 2 = FH = FB − FP − FT
gdzie:
FH1, FH2 - siły hamowania,
FB – siła bezwładności,
FP, FT – siła oporów ruchu (powietrza i toczenia).
3
Siła bezwładności obejmuje opór bezwładności ruchu postępowego (dotyczy całej masy
pojazdu) oraz opór bezwładności elementów w ruchu obrotowym, np. koła jezdne i niektóre
elementy układu napędowego związane z kołami. Zatem
FB = δ ⋅ m ⋅ aH
Analizując proces intensywnego hamowania zwykle pomija się siły oporów powietrza,
toczenia oraz wzniesienia, jako siły o małych wartościach w porównaniu z siła hamowania.
Wówczas siła hamowania
FH = FH 1 + FH 2 ≈ FB
Na poszczególnych kołach i osiach kół jezdnych siły hamowania są ograniczone
wartością sił przyczepności, czyli
FHi ≤ Fµ i
gdzie:
Fµ i = µ ⋅ Z i
µ
- siła przyczepności do podłoŜa dla i-tej osi.
- współczynnik przyczepności do podłoŜa.
Zi – reakcja podłoŜa na i-tą oś samochodu.
2.2. Maksymalna siła hamowania
Przebieg procesu hamowania jest ściśle związany ze zjawiskami fizycznymi, które
zachodzą na styku ogumienia z nawierzchnią jezdni. Wynika to przede wszystkim z faktu, Ŝe
siły hamowania, jako zewnętrzne oddziaływanie na pojazd od drogi są zaleŜne od reakcji
stycznych obwodowych na kaŜdym kole. Reakcje styczne są ograniczone przez przyczepności
kół do podłoŜa. Stąd w dalszych rozwaŜaniach naleŜy mieć na uwadze, Ŝe dla kaŜdego koła
FHk ,max = Fµk = µZ k
lub ogólnie
FH ≤ Fµ .
Dla i-tej osi kół jezdnych
FHi ,max = Fµi = µZ i
FH 1,max + FH 2,max = Fµ1 + Fµ 2 = µ (Z1 + Z 2 ) .
oraz dla samochodu dwuosiowego
Sumując siły hamowania na osich kół, otrzymano wartość maksymalnej siły hamowania
samochodu w najbardziej korzystnej sytuacji hamowania wszystkich kół pojazdu w takich
samych warunkach i do osiągnięcia ich przyczepności na drodze poziomej
FH 1,max + FH 2,max = FH ,max = µQ = µ ⋅ m ⋅ g .
PoniewaŜ
FH ,max
FH ≈ FB , to
= FB = δ ⋅ m ⋅ aH ,max
Przyjmując w procesie hamowania
Stąd
δ = 1 , otrzymano µ ⋅ m ⋅ g = m ⋅ aH ,max .
4
aH ,max = µ ⋅ g
Zatem największa wartość opóźnienia, jaką moŜna osiągnąć podczas hamowania, zaleŜy
od wartości współczynnika przyczepności kół do nawierzchni.
2.3. Rekonstrukcja procesu hamowania
Jednym z waŜniejszych celów procesu rekonstrukcji wypadku jest ustalenie prędkości
jazdy samochodu (samochodów, pojazdów) przed wypadkiem drogowym. Podczas ustalania
wartości tej prędkości moŜna wykorzystać rezultaty zapisane przez tachograf lub rejestrator
danych wypadkowych UDS (Unfalldatenspreicher, Accident Data Recorder). W razie braku
takich urządzeń, podstawę do obliczeń mogą stanowić ślady hamowania.
Odtworzenie prędkości jazdy samochodu przed rozpoczęciem procesu hamowania jest
moŜliwe na podstawie śladów pozostawionych przez samochód na jezdni. Zwykle proces
hamowania moŜna podzielić na dwa etapy:
— hamowanie bez blokowania kół jezdnych w czasie narastania siły hamowania do osiągnięcia
wartości maksymalnej;
— hamowanie z zablokowanymi kołami, które zwykle pozostawia wyraźne ślady startej gumy
na jezdni.
Wykorzystanie długości pomierzonych śladów hamowania moŜe praktycznie prowadzić
tylko do oszacowania najmniejszej z moŜliwych wartości prędkości jazdy przed hamowaniem.
Korzystając z zaleŜności podanych w p. 2.2, moŜna przeprowadzić następujące obliczenia:
—
wyznaczenie prędkości jazdy samochodu na początku śladów hamowania
przypadek
vk = 0
vb = 2 ⋅ aH ⋅ S H
przypadek vk ≠ 0
vb = 2 ⋅ aH ⋅ S H + vk2
—
wyznaczenie prędkości jazdy samochodu vp w chwili rozpoczęcia hamowania,
czyli obliczenia z uwzględnieniem zmniejszenia prędkości jazdy w czasie tN narastania siły
hamowania
v p = vb +
aH ⋅ t N
2
gdzie:
SH — długość śladów hamowania;
vb, vk — prędkość jazdy na początku i na końcu śladów hamowania;
tN — czas narastania siły hamowania.
Maksymalna wartość opóźnienia hamowania wynosi aH ,max = µ ⋅ g . Czas narastania
siły hamowania zaleŜy od działania kierowcy. Najkrótsze wartości czasu tN kierowca osiąga przy
gwałtownym naciskaniu na pedał hamulca i wówczas tN= tU
gdzie tU — czas uruchamiania układu hamulcowego.
5
3.
Przebieg ćwiczenia
1. Przeprowadzić próbę hamowania samochodu na prostym odcinku drogi z prędkości
30 km/h (próbę powtórzyć kilka krotnie).
2. Zmierzyć przymiarem długość śladów hamowania. Wyniki pomiarów zanotować
w tabeli.
3. Wyznaczyć prędkość samochodu na podstawie długości śladów hamowania.
Tabela 1. Wyniki pomiarów
Nr
Długość lewego śladu
hamowania
próby
SHL= [m]
4.
Długość prawego
śladu hamowania
SHP= [m]
Całkowita długość
drogi hamowania
SH= [m]
Uwagi
Zadania do rozwiązania
Zad. 1.
Samochód osobowy o masie całkowitej m=1400 kg na skutek zauwaŜonej przeszkody
rozpoczął intensywne hamowanie z zablokowanymi wszystkimi kołami z prędkości
początkowej 90 km/h. Hamowanie odbywało się na mokrej nawierzchni asfaltowej aŜ do
zatrzymania się pojazdu.
Wyznaczyć drogę i czas potrzebne do zatrzymania samochodu z prędkości początkowej,
wykorzystując idealizowany wykres hamowania samochodu.
Zad. 2.
Samochód osobowy o masie własnej 1200kg obciąŜony trzema dorosłymi osobami
rozpoczął intensywne hamowanie na mokrej asfaltowej nawierzchni charakteryzujące się
zablokowaniem wszystkich kół. Po przejechaniu 20m wjechał na suchy asfalt ciągle hamując
i znacząc ślady na suchym asfalcie na długości 15m. Następnie wjechał na suche trawiaste
pobocze, znacząc ślady przebył drogę 10m i zatrzymał się. Wyznaczyć prędkość początkową
oraz czas hamownia samochodu.
Zad. 3
Samochód osobowy o masie własnej 1200kg obciąŜony trzema dorosłymi osobami
rozpoczął intensywne hamowanie na mokrej asfaltowej nawierzchni blokując wszystkie koła
na drodze długości 20m. Po przejechaniu pierwszych 20m drogi hamowania samochód
wjechał na suchy asfalt ciągle hamując. Po przejechaniu 10m uszkodził się układ hamulcowy
na oś tylną. Samochód nadal hamował, ale tylko kołami osi przedniej na długości 30m aŜ do
zatrzymania. Wyznaczyć prędkość początkową i czas hamowania samochodu.
Zad. 4
Samochód osobowy Opel Omega rozpoczął intensywne hamowania wyniku wbiegnięcia
pieszego na jezdnie. Przy zablokowanych kołach przejechał 30 m na suchej asfaltowej
nawierzchni, następnie przejechał 20m na suchej trawie. Na końcu uderzył w sztywną
przeszkodę z prędkością 20 km/h. Wyznaczyć prędkość początkową i całkowity czas
hamowania samochodu.
6
5.
Wytyczne do sprawozdania
Politechnika Radomska im. K. Pułaskiego
IEPiM INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN
LABORATORIUM (z przedmiotu) Podstawy analizy wypadków drogowych
Ćwiczenie nr .............. (wg harmonogramu)
Temat ćwiczenia:
Data wykonania ćwiczenia ....-....-.... Prowadzący
.............................
Wydział MECHANICZNY Kierunek MECHANIKA I BUDOWA MASZYN
Rok akademicki ........./........ Semestr
Wykonawcy ćwiczenia
....... Grupa .....
1. Nazwisko Imię
2. .................................................
3. .................................................
OCENY (uwagi Prowadzącego)
sprawdziany sprawozdanie końcowa
................. ................. ................
................. ................. ................
................. ................. .................
1. Cel ćwiczenia
2. Przebieg ćwiczenia
3. Opracowanie wyników
4. Wnioski z przeprowadzonych badań
7