Zbornik radova
Dr Dejan Bogićević, dipl. inž. saob., Visoka tehnička škola strukovnih studija, Niš
Prof. dr Svetozar Kostić, dipl. inž. saob., Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad
Dr Tomislav Marinković, dipl. inž. maš.,Visoka tehnička škola strukovnih studija, Niš
Nebojša Čergić, dipl. inž. saob., Policijska uprava, Sremska Mitrovica
UTICAJ OBLIKA ČEONE POVRŠINE VOZILA NA REALNE
VREDNOSTI DEFORMACIONOG RADA
48
Zbornik radova
REZIME:
Izračunavanje deformacionog rada, kod vozila koja imaju klasičan ravan čeoni deo
koji se po obliku skoro u potpunosti poklapa sa dijagramom energetskog rastera, ne
predstavlja nikakav problem ukoliko se raspolaže kvalitetnim fotografijama sa kojih se
može odrediti oblik i veličina deformacije. Međutim, kao što je poznato, oblik čeone
površine vozila može znatnije da odstupa od ravnog oblika, odnosno od oblika kakav ima
dijagram energetskog rastera. Ovo odstupanje naročito je izraženo kod vozila novije
proizvodnje, odnosno vozila čiji čeoni deo je približno ovalnog oblika, pa samim tim dolazi
do znatnog odstupanja prilikom preklapanja dijagrama energetskog rastera. Ukoliko su
ovakva odstupanja izraženija to može dovesti do pogrešnog određivanja deformacione
energije, a samim tim i do pogrešnog utvrđivanja brzine vozila ekvivalentne deformaciji.
U radu je istražen i prikazan uticaj oblika čeone površine vozila na vrednost
deformacione energije prilikom deformacije vozila, odnosno uticaj oblika čeone površine
na konačnu vrednost brzine vozila ekvivalentne deformaciji
KLJUČNE REČI: VOZILO, DEFORMACIONI RAD, BRZINA
SUMMARY:
Calculation of deformation work, the vehicle having a conventional flat frontal part of
the form which almost entirely coincides with the diagram of the energy grid, not a problem
if it has high quality photographs with which to determine the shape and size of
deformation. However, as is known, the shape of the front surface of the vehicle can
significantly deviate from a flat shape, or form of such a diagram of the energy grid. This
discrepancy is particularly pronounced in newly produced vehicles or vehicles with frontal
part of the roughly oval in shape, hence the significant variations in the energy diagram of
overlapping grid. If such deviations are more pronounced it can lead to erroneous
determination of strain energy, and therefore the wrong vehicle Equivalent Energy Speed.
This research examines the influence of the shape shown and the front surface of
the vehicle to the value of deformation energy during deformation of the vehicle or of the
influence of the frontal surface of the final value of the vehicle Equivalent Energy Speed.
KEY WORDS: VEHICLE, DEFORMATION, SPEED.
1. UVODNI DEO
Da li je veličina deformacije koja nastaje pri sudarima vozila ili naletima na čvrstu
nepomičnu prepreku pouzdan pokazatelj na osnovu koga se može izračunati izgubljena
brzina vozila pri sudaru ili udaru, pitanje je koje zanima sve one koji se bave ekspertizom
saobraćajnih nezgoda. Kao što je do sada više puta naglašeno, veza između brzine i
veličine deformacije postoji i ona je veoma složena i kompleksna.
Problemima energetskog rastera među prvima bavio se Campbell 2. U svojim
istraživanjima on polazi od činjenice da se pri čeonom naletu vozila na čvrstu nepomičnu
prepreku dogodi određeno deformisanje vozila koje je u funkciji naletne brzine vozila koju
on definiše kao EBS (Eqivalent Barriere Speed). Analizom procesa deformisanja Campbell
je došao do zaključka da kod primene energetskog rastera, prilikom proračuna, treba
zanemariti visinu i širinu deformacija, jer one po njemu ostaju konstante. Na osnovu
rezultata CRASH testova Campbell je konstruisao dijagram funkcionalne zavisnosti brzine
vozila i veličine deformacije. Prethodno iznesenu teoriju Campbell je dokazao na jednom
primeru CRASH testa, u kome je učestvovao putnički automobil Mercedes Benz, tip W
123. Ispitvanje je izvršeno naletom vozila na čvrstu nepomičnu prepreku sa punim
preklopom pod pravim uglom. Nakon toga, na ovoj metodi radio je veći broj iztraživača koji
49
Zbornik radova
su je permanentno usavršavali, ali sa napomenom da u dosadašnjim istraživanjima nije
uzet u obzir uticaj oblika čeonog dela vozila.
2. ODREĐIVANJE DEFORMACIONOG RADA
U rezultatima CRASH testova dati su precizni podaci o veličini deformacije za svaki
segment čeonog dela vozila, čime je omogućeno da se na dijagramu energetskog rastera
nacrta kriva oštećenja i na taj način izračuna veličina deformacionog rada W (Nm) na putu
deformacije. Deo rezultata CRASH testa u kome su prikazani podaci o veličini deformacije
prikazan je na slici broj 1.
Slika 1. Prikaz podataka o veličini deformacije vozila
Tokom istraživanja pojavio se praktičan problem izračunavanja i poređenja
deformacionog rada, koji se ogledao u tome što je čeona površina vozila za CRASH
testove podeljena na šest polja, a dijagram energetskog rastera koristi podelu čeone
površine vozila na osam polja. Transformacija podataka je rešena proporcijalnom
redukcijom postojećeg dijagrama sa osam polja na novi dijagram sa šest polja, i to na
način prikazan na slici broj 2.
VREDNOSTI POLJA NOVOG DIJAGRAMA
=A1+
33% A2
10
=67%A2
+67% A3
20
30
=A4+
33% A3
40
=A5+
33% A6
60
50
=67%A7
+67% A6
70
80
=A8+
33% A7
90
A
B
C
D
E
F
1
2
3
4
5
6
7
8
Slika 2. Postupak reduciranja dijagrama
50
Zbornik radova
Na prethodnoj slici jasno se vidi da je vrednost polja A1 u novom dijagramu
dobijena kao zbir vrednosti polja A1 i 1/3 vrednosti polja A2 iz standardnog dijagrama, i da
ona iznosi 4.650 Nm. Ako prethodni dijagram posmatramo grafički, vidimo da polje A1
novog dijagama zahvata celu širinu polja A1 i trećinu širine polja A2 standardnog
dijagrama. Na isti način određene su vrednosti i za preostala polja i one su prikazane na
slici broj 3.
1
2
3
4
5
6

600 mm
500 mm
400 mm
300 mm
200 mm
100 mm
4650
2441
1279
1337
1686
581
6030
3166
1658
1734
2186
3769
9320
4893
2563
2680
3379
2650
9320
4893
2563
2680
3379
2650
6030
3166
1658
1734
2186
3769
4650
2441
1279
1337
1686
581
40000
21000
11000
11500
14500
14000
112000

Slika 3. Reducirani dijagram energetskog rastera sa šest polja
Konstruisanje redukovanog dijagrama energetskog rastera omogućava da se na
osnovu poznatih veličina deformacija izračuna vrednost deformacionog rada. Deformacioni
rad, za veliki broj vozila koji je obuhvaćen istraživanjem, izračunat je pomoću programa
koji je posebno napisan za tu svrhu. Izgled dela programa koji se koristi za izračunavanje
deformacionog rada prikazan je na slici broj 4.
MM KATALOG - IZRAČUNAVANJE BRZINE
OSNOVNI PODACI O VOZILU
Dr D.Bogićević
Dubina deformacije (mm)
Masa vozla
m=
1370
(kg)
C6
C5
C4
C3
C2
C1
Cpr
Cpr
Širina deformacije
Bo =
1.78
(m)
600
600
600
600
600
600
600
0.60
63.8
(km/h)
27.5
(m/s/m)
1900
(N)
METODA UNIVERZALNOG DIJAGRAMA ENERGETSKOG RASTERA
Deformacioni rad
W = 67200 (Nm)
Koeficient K1=
Brzina vozila V=
3.2
METODA SPECIFIČNOG DIJAGRAMA ENERGETSKOG RASTERA
Koeficijenti:
bo=
8
(km/h)
2.2
(m/s)
A= 47106 (Nm)
"PC Crash 8"
Deformaciona energija:
Brzina vozila:
67.5
G=
"Campbell"
Ed= 240751 (J)
V=
b1= 0.990 (km/h/cm)
B= 583828 (Nm2)
"Raster"
Ed= 240751 (J)
(km/h)
V=
67.5
Ed= 240751 (J)
(km/h)
V=
67.5
(km/h)
IZGLED DIJAGRAMA ENERGETSKOG RASTERA ZA KONKRETNO VOZILO
12%
15%
23%
23%
15%
12%
600
7865
9831
15075
15075
9831
7865
65542 240751
500
500
6618
8272
12684
12684
8272
6618
55150 175209
400
400
5371
6714
10294
10294
6714
5371
44757 120060
300
300
4124
5155
7904
7904
5155
4124
34365 75302
200
200
2877
3596
5514
5514
3596
2877
23973 40937
100
2036
2545
3902
3902
2545
2036
16964 16964
28890
36113
55373
55373
36113
28890
600
100
0
C6 C5 C4 C3 C2 C1
Slika 4. Izgled dela programa za izračunavanje deformacionog rada
Iz zakona o održanju energije, proizilazi da se pri naletu vozila na čvrstu nepomičnu
prepreku celokupna kinetička energija vozila pretvara u deformacionu energiju. Na osnovu
toga se može napisati:
W  Ed 
m 2
V 
2
51
B2 c1
B2 c1
0 0
0 0
  F dc dB 
  A  BC dc dB  K
(2.1)
Zbornik radova
Integracijom prethodne jednačine dobija se konačni izraz za izračunavanje
vrednosti deformacione energije koja se apsorbuje u ukupnu širinu vozila, u sledećem
obliku:

C 2 b02 
W  Ed  m  b0 b1C  b12
 
(2.2)
2
2 

m/s,
gde je:
m - masa vozila,
b0 - brzina “nulte deformacije”, odnosno brzina pri kojoj nastaje početak deformacije
b1 - nagib zavisnosti brzina - deformacija m/s/m,
C - dubina deformacije m.
Prethodno iznesene činjenice i stavovi odnose se na slučajeve kada je u sudarima
deformisana čeona površina vozila po celoj širini, što u praksi nije slučaj. U cilju praktične
primene, Campbell nudi precizniju metodu, koju je popularno nazvao metoda „rasterpolja“. Tokom istraživanja Campbell je došao do zaključka da je, ukoliko se dubina
deformacije čeonog dela vozila (C) postavi u razmacima od 0,1 metara, moguće izračunati
energiju deformacije, odnosno deformacioni rad, pomoću izraza (2.2) za svaku vrednost
dubine deformacije. Međutim, za primenu metode "raster-polja" neophodno je da se
izračunata deformaciona energija, u zavisnosti od krutosti čeonog dela, raspodeli po
čitavoj širini čeonog dela vozila.
Izračunavanje deformacionog rada kod vozila koja imaju klasičan, odnosno ravan
čeoni deo koji se skoro u potpunosti poklapa sa dijagramom energetskog rastera (Vidi
sliku 5-A), ne predstavlja nikakav problem ukoliko se raspolaže kvalitetnim fotografijama.
Međutim, analizom velikog broja vozila, obuhvaćenih istraživanjem, utvrđeno je da čeona
površina vozila može znatnije odstupati od kvadratnog oblika, odnosno od oblika
dijagrama energetskog rastera. Ovo odstupanje naročito je izraženo kod vozila novije
proizvodnje, odnosno vozila čiji je čeoni deo približno ovalnog oblika (Vidi sliku 5-B). Na
slici 5-B prikazan je čeoni deo vozila Alfa-Romeo GTV koji predstavlja tipičan izgled
čeonog dela vozila elipsastog oblika, odnosno čeoni oblik koji znatno odstupa u
preklapanju dijagrama energetskog rastera.
Slika 5-A
Slika 5-B
Slika 5. Način primene metode "raster-polja"
52
Zbornik radova
Ukoliko se dubina deformacije (C) postavi u razmacima od 100 mm, odnosno 0,1
metara, može se dosta precizno izračunati vrednost deformacione energije, apsorbovane
na putu deformacije od 200 mm, pomoću izraza (2.2):
Za vozilo sa Slike 5-B vrednost deformacione energije za put deformacije od 200
mm iznosila bi:

0,2 2 2,2 2 
  40.937 J  .
E1d(200 mm)  1370   2,2  27,5  0,2  27,5 2

2
2 

Ukoliko bi se energija deformacije izračunala klasičnim putem kao zbir cifara iz polja
koja su potpuno obuhvaćena deformacijom, odnosno procentom delimično prekrivenih
polja, vrednost deformacione energije za put deformacije od 200 mm u tom slučaju
iznosila bi:
E2d(200 mm)  0  254  2731  2731  254  0  0  2517  5514  5514  2517  0  22.033 J 
Poređenjem prethodno izračunatih vrednosti deformacione energije jasno se
uočava da se prilikom izračunavanja deformacione energije mora uzeti u obzir oblik čeone
površine vozila.
3. UTICAJ OBLIKA ČEONOG DELA VOZILA NA BRZINU VOZILA
Kao što je do sada više puta objašnjeno, ova metoda primenjuje se tako što se
prednji deo vozila podeli na određene sekcije, odnosno polja, kao što je prikazano na slici
broj 5. U daljem postupku raster polje se precrta na prednji deo vozila i izračuna zbir cifara
iz onih polja koja su obuhvaćena deformacijom pri sudaru vozila. Ukoliko su neka od polja
delimično pokrivena, onda se vrši procena procentualne prekrivenosti polja, a vrednost iz
polja uzima se u procentualnom iznosu u odnosu na celokupnu vrednost polja. Zbir cifara
iz polja koja su obuhvaćena deformacijom predstavlja ekvivalent deformacionog rada (W)
koji je izvršen na deformacionom putu, odnosno energiju deformacije. Određivanje
deformacionog rada omogućava izračunavanje brzine izgubljene na deformaciju,
primenom poznatog izraza:
EES  3,6
2 W
km/h
m
(3.1)
gde je:
W – zbir vrednosti deformisanih polja energetskog rastera koja odgovaraju
ekvivalentu deformacionog rada (Nm)
m – masa vozila.
Vrednost brzine vozila izračunate na osnovu energije deformacije utvrđene
klasičnim putem, odnosno kao zbir cifara samo iz polja koja su obuhvaćena deformacijom,
iznosila bi
EES2  3,6
2 W
2  22033
3,6 
 20 km/h ,
m
1370
a što predstavlja stvarnu vrednost brzine utrošene na deformaciju.
53
Zbornik radova
Vrednost brzine vozila izračunate na osnovu energije deformacije utvrđene dubinom
deformacije čeonog dela vozila za deformaciju od 200 mm putem, iznosila bi
EES1  3,6
2 W
2  40937
3,6 
 29 km/h
m
1370
a što predstavlja pogrešnu vrednost brzine utrošene na deformaciju.
Međusobnim poređenjem vrednosti ovako dobijenih brzina uočava se da je
vrednost pogrešno utvrđene brzine veća za 9 km/h ili za 45 % od stvarne vrednosti, što
svakako ne predstavlja zanemarljivo odstupanje. Rezultati istraživanja pokazuju da se pri
većim deformacijama vozila javlja manje odstupanje, ali da nije zanemarljivo.
U tabeli 1 prikazane su vrednosti procentualnog ostupanja brzine vozila računate
dvema različitim metodama.
Tabela 1. Procentulano odstupanje brzine vozila u funkciji deformacionog puta
Deformacioniput
Sd (mm)
Degormaciona
energija
E1d (J)
600
400
200
240751
120060
40937
Brzina
vozila
EES1
(km/h)
67
48
29
Degormaciona
energija
E2d (J)
200364
88113
22033
Brzina
vozila
EES2
(km/h)
62
41
20
Razlika
u brzini
%
9
17
45
4. ZAKLJUČAK
U uvodnom delu rada je istaknuto da na izračunate vrednosti deformacionog rada,
odnosno deformacione energije utrošene na deformaciju čeonog dela vozila, znatan uticaj
može imati i čeoni oblik vozila. Korišćenjem rezultata velikog broja CRASH testova, došlo
se do zaključka da se prilikom određivanja deformacione energije, ne može koristiti
jednostavna metoda zasnovana na dužini puta deformacije, iz razloga što daje netačne
vrednosti deformacionog rada, a što se u krajnjem slučaju odražava na pogrešno
izračunavanje brzine vozila. Greške pri određivanju deformacione enargije naročito su
izražene kod vozila novije proizvodnje, odnosno vozila čiji čeoni deo je približno ovalnog
oblika. Pogrešno određene vrednosti deformacione energije dovode do pogrešnog
izračunavanja brzine vozila, što je naročito izraženo pri manjim deformacijama koje se
kreću u granicama od 200 do 300 mm. U nekoliko slučajeva naleta vozila sa tipičnim
„ovalnim“ čeonim delom na prepreku, pri kojima se javlja put deformacije od oko 200 mm,
odstupanje izračunate brzine vozila u odnosu na testiranu kreće se između 40 i 45 %, što
nikako ne predstavlja odstupanje koje se može zanemariti.
Rezultati istraživanja ukazuju na potrebu da se deformacioni rad, odnosno energija
deformacije izračunava što preciznije i to kao zbir cifara iz polja koja su potpuno
obuhvaćena deformacijom i/ili procentom delimično prektivenih polja, a nikako u funkciji
deformacionog puta.
Takođe, u ovom radu, još jednom je dokazano da izveštaji u kojima su prikazani
rezultati CRASH testova, mogu poslužiti kao veoma koristan prilog prilikom proračuna
brzine u sudaru vozila, čime CRASH testovi i što precizniji proračun deformacione energije
znatno dobijaju na značaju.
54
Zbornik radova
5. LITERATURA
 Bogićević, D., PRILOG ISTRAŽIVANJU MOGUĆNOSTI PRIMENE MULTIMEDIJALNOG
KATALOGA ZA ODREĐIVANJE BRZINE I MEĐUSOBNOG POLOŽAJA VOZILA PRI
SUDARIMA, Doktorska disertacija, FTN, Novi Sad, 2010.
 Rotim, F. Elementi sigurnosti cestovnog prometa, Sudari vozila, Svezak 3, Zagreb, 1992.
 National Highway Traffic Safety Administration (1997) DATA REFERENCE GUIDE, VERSION
4, VOLUME IV: SIGNAL WAVEFORM, GENERATOR TESTS, U.S. Department of
Transportation, http://www-nrd.nhtsa.dot.gov.
 National Highway Traffic Safety Administration (2001) TEST REFERENCE GUIDE, VERSION
5, VOLUME I: VEHICLE TESTS, FINAL, NRD, NHTSA, US DOT, http://wwwnrd.nhtsa.dot.gov.
 National Highway Traffic Safety Administration (2002) NHTSA Vehicle Crash Test Database,
http://www-nrd.nhtsa.dot.gov/.
55
Download

određivanje brzine na osnovu deformacionog rada