Model zamiast testów zderzeniowych

"Zderzenia, w których jeden samochód przodem uderza w bok drugiego pojazdu, zwykle wynikają z wymuszenia lub nieustąpienia pierwszeństwa przejazdu" - mówi Mateusz Ziubiński z Wydziału Inżynierii Mechanicznej WAT, który opublikował wyniki swoich badań w czasopiśmie „Nonlinear Dynamics”.

Oprócz analizy ryzyka obrażeń, w artykule opisano także proces deformacji bocznej części nadwozia. W zderzeniu czołowo-bocznym bok nadwozia ulega znacznie większej deformacji niż przód samochodu uderzającego. To też jeden z problemów tego typu zdarzeń drogowych.

Zderzenia czołowo-boczne stanowią ponad 30 proc. wypadków drogowych w Polsce. Zderzenia czołowe samochodów rokrocznie stanowią tylko 10 proc. wszystkich wypadków. Model opracowany w WAT ma przyczynić się do poprawy bezpieczeństwa kierowców i pasażerów samochodów - informuje uczelnia.

Model umożliwia prowadzenie symulacji dla skrajnych sytuacji, jakie mogą zaistnieć w ruchu drogowym, na przykład zderzenia samochodów przy bardzo dużej prędkości, przekraczającej 100 km/h. Ze względów bezpieczeństwa i z uwagi na koszty, testy zderzeniowe są w głównej mierze realizowane dla prędkości nieprzekraczających 60 km/h.

WYPADKI GROŹNE W SKUTKACH

Jak wyjaśnia Mateusz Ziubiński, cytowany na stronie uczelni, wypadki takie są groźne w skutkach, ponieważ w bocznej części samochodu jest ograniczone miejsca do zastosowania systemów bezpieczeństwa biernego.

"Grubość bocznej części nadwozia jest niewielka, z uwagi na wymagania konstrukcyjne i użytkowe samochodów – w środku chcemy mieć jak najwięcej miejsca, ale z kolei szerokość samochodu ma wpływ na wygodę jazdy. To ograniczenie miejsca stanowi znaczne wyzwanie dla konstruktorów samochodów, aby w jak najlepszy sposób przygotować nadwozie na ryzyko bocznego uderzenia" - tłumaczy naukowiec.

Jak obrazuje, z przodu samochodu na drodze do przedziału pasażerskiego znajdują się: zderzak, podłużnice, blok silnika i łącznie ponad metr nadwozia, które w kontrolowany sposób może ulec deformacji podczas zderzenia. Na boku nadwozia pasażera ochraniają tylko drzwi, których grubość zwykle wynosi od 20 do 30 centymetrów.

W trakcie bocznego uderzenia elementy konstrukcyjne na boku pojazdu ulegają nadmiernej deformacji i ingerują w przestrzeń, w której znajdują się ludzie. Pasażerowie są wówczas narażeni na obrażenia klatki piersiowej. Częste są także urazy brzucha, miednicy i ud, wylicza naukowiec.

Podkreśla, że poduszki i kurtyny gazowe nie zawsze chronią ofiary bocznego uderzenia lub wywrócenia samochodu. "Do poprawnego zadziałania poduszki gazowej zakłada się, że kontakt pasażera z nią nastąpi w chwili, w której osiągnęła ona już pełne napełnienie i zaczyna w niej maleć ciśnienie. W innym przypadku ta poduszka przynosi odwrotne skutki – zamiast złagodzić obciążenia pasażera, może je spotęgować. I niestety sporo jest wyników badań, które jednoznacznie wskazują, że w związku z ograniczoną przestrzenią podczas deformacji boku nadwozia, boczne poduszki gazowe zwiększają ryzyko obrażeń" - przyznaje badacz z WAT.

MODELE A TESTY ZDERZENIOWE

W ramach projektu doktorskiego Ziubiński opracował model zderzenia samochodów w środowisku programu Matlab. Naukowcy wykorzystali metody dynamiki analitycznej z aplikacją nieliniową. Doktorant pracował pod kierunkiem prof. dr. hab. inż. Leona Prochowskiego, we współpracy z dr. hab. inż. Mirosławem Gidlewskim oraz dr. inż. Krzysztofem Dziewieckim i wsparciem dr. hab. inż. Jerzego Jackowskiego, dyrektora Instytutu Pojazdów i Transportu.

Jak wyjaśnił cytowany w komunikacie doktorant, przygotowanie testu zderzeniowego wymaga ogromnego nakładu czasu i pracy. Dodatkowo każde zderzenie pojazdów jest niebezpieczne. Istnieje duże ryzyko uszkodzenia drogiej aparatury pomiarowej, a manekiny antropomorficzne stosowane w takich badaniach zwykle kosztują miliony złotych. Dlatego łatwiej, taniej i bezpieczniej prowadzić badania modelowe.

Naukowcy WAT szukali relacji między warunkami początkowymi zderzenia czołowo-bocznego a skutkiem wypadku drogowego, prognozowanego przez prawdopodobieństwo obrażeń pasażera samochodu uderzanego w bok.

"Te warunki początkowe są determinowane na przykład przez prędkość jazdy pojazdów przed zderzeniem. Przygotowany model odwzorowuje przebieg bocznego uderzenia samochodu osobowego typu sedan. Zaletą badań modelowych jest to, że w relatywnie krótkim czasie można przeprowadzić dużą liczbę symulacji dla różnych danych wejściowych. Przykładowo, na potrzeby artykułu, zrealizowałem około 400 symulacji" - mówi Ziubiński.

DLA KONSTRUKTORÓW AUT I BIEGŁYCH SĄDOWYCH

Jego zdaniem, badania będzie można wykorzystać do doskonalenia bezpieczeństwa biernego bocznej części nadwozi samochodów osobowych. Struktura modelu pozwala na ogólne wnioskowanie na temat wpływu kształtowania właściwości różnych elementów nadwozia samochodu (jak drzwi czy słupek środkowy) na przebieg i skutki zderzenia.

"Zależność między warunkami początkowymi zderzenia a jego skutkami, jak deformacja nadwozia czy obrażenia u pasażerów, jest ważna z punktu widzenia rekonstrukcji wypadków drogowych. W takim procesie biegli sądowi znając skutki wypadku dociekają na temat jego przyczyn. Rezultaty artykułu pozwalają na podstawie obrażeń pasażerów szacować prędkość jazdy, przy której doszło do wypadku drogowego. To ważne, ponieważ w statystykach wypadków drogowych 'nadmierna prędkość' najczęściej pojawia się jako przyczyna zdarzenia. Stąd też ustalenie tej prędkości w procesie rekonstrukcji umożliwia później ustalenie winnego wypadku" - podkreśla Ziubiński.

Doktorant poszukuje naukowców, którzy chcieliby podjąć z nim współpracę. Chciałby wspólnie z innymi badaczami poprawić poziom bezpieczeństwa biernego nadwozia pojazdu poprzez zastosowanie w konstrukcji boku nadwozia nowoczesnych i innowacyjnych materiałów, charakteryzujących się wysoką energochłonnością podczas zderzenia, przy jednocześnie niewielkiej masie. Przygotowany przez niego model komputerowy pozwala również na analizę symulacyjną wpływu właściwości materiałowych na przebieg i skutki wypadku drogowego.

Wyniki badań ukazały się w czasopiśmie „Nonlinear Dynamics” pod tytułem „Impact energy and the risk of injury to motorcar occupants in the front-to-side vehicle collision”.

Nauka w Polsce

kol/ bar/