Способ и мобильный стенд для определения скорости столкновения или наезда автотранспортных средств

Изобретение относится к технологии расследования дорожно-транспортных происшествий (ДТП). Способ включает измерение верхнего и нижнего отклонения разбившегося стекла от полотна дороги, а также длину оси эллипса разлета осколков разбившегося стекла на месте ДТП в направлении движения автомобиля до момента столкновения. После этого определяют тем или иным методом коэффициент восстановления скорости для движения осколков с отскоками и вычисляют скорость столкновения по определенной формуле. При этом правильность вычисления скорости автомобиля в момент столкновения в соответствии с формулой проверяется экспериментально с помощью мобильного стенда, устанавливаемого непосредственно на месте совершения ДТП. В результате повышается объективность и достоверность оценки скоростных характеристик автомобиля, совершившего наезд, в момент столкновения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии расследования дорожно-транспортных происшествий (ДТП) и позволяет повысить объективность и достоверность оценки скоростных характеристик столкнувшихся автомобилей или автомобиля, совершившего наезд, в момент столкновения (наезда), в результате которого произошло разрушение стекла автомобиля, например его фары.

Известно, что скоростные характеристики (скорость) автомобилей, совершивших столкновение или наезд, определяются по параметрам тормозного пути (в основном по следам юза), исходя из массы автомобиля и коэффициента трения (коэффициент сцепления) шин автомобиля о полотно дороги [1]. При этом значение коэффициента трения для конкретной машины, участницы конкретного ДТП, зависит не только от сцепных качеств дороги и параметров автомобиля, но и меняется в процессе торможения [2]. Тем самым при расследовании ДТП требуется экспериментальное определение коэффициента сцепления для каждой конкретной ситуации, для каждого конкретного автомобиля.

Однако экспериментальный способ определения коэффициента сцепления не всегда можно применить при расследовании ДТП, поскольку после аварии автомобиль, участвовавший в ней, зачастую не может быть использован для проведения таких следственных экспериментов без выполнения необходимых ремонтных работ с ним. А выполнение ремонтных работ не только сдвигает сроки проведения следственного эксперимента, но изменяет и параметры автомобиля, в том числе характеристики его тормозной системы.

При этом чаще всего основной целью проведения экспертизы ДТП является определение кинематических параметров автомобиля в некоторые характерные моменты времени, например, в начале тормозного пути или в момент столкновения.

Так скорость автомобиля в момент столкновения можно определить по анализу повреждений транспортных средств, участвовавших в столкновении [3]. Однако, как отмечается в этой же работе [3], надежных методов определения скорости по повреждениям транспортных средств не разработано.

В монографии [1] предлагается определять скорость движения автомобиля в момент столкновения по характеру разлета осколков разбившегося во время столкновения стекла. Так, в соответствии с формулой (12.4) [1], описывающей свободное движение осколка стекла до момента его соприкосновения с полотном дороги, начальная скорость полета осколка стекла и, соответственно, скорость движения автомобиля определяется по формуле:

где: h - расстояние от полотна дороги до центра осколка стекла до столкновения;

l - расстояние от места столкновения автомобиля до места расположения осколка после столкновения;

g - ускорение свободного падения;

V₀ - начальная скорость движения осколка стекла, а соответственно и скорость движения автомобиля в момент столкновения.

Поскольку в формуле (1) параметры l и h определяются с большой погрешностью, то определение скорости по формуле (1) имеет низкую точность и достоверность.

Для повышения точности и достоверности определения скорости автомобиля в момент столкновения, в результате которого произошло разрушение стекла, необходимо уточнить расстояние l для каждого отдельного осколка и учесть весь спектр параметров разлетевшихся осколков, который может быть охарактеризован эллипсом их рассеивания.

Так, траектория движения каждого отдельного осколка имеет три характерных участка:

1-й участок - участок свободного падения осколка;

2-й участок - участок движения осколка по полотну дороги с отскоками;

3-й участок - участок скольжения осколка по полотну дороги.

Осколки стекла, до аварии расположенные на различной высоте относительно полотна дороги, в результате своего движения после столкновения (наезда) автомобиля формируют эллипс разброса (рассеивания) осколков. На фиг.1 представлена схема двух крайних осколков разбившегося в ходе аварии стекла.

Формула (1) позволяет определить длину первого участка движения осколков стекла, откуда будем иметь:

Можно показать, что длины вторых участков движения осколков стекла будут определяться по зависимостям:

где k - коэффициент восстановления скорости осколка стекла при его ударе о полотно дороги.

Коэффициент восстановления скорости может быть определен экспериментально, например, в соответствии со способом по а.с. СССР №1357800 [4].

Длины участков движения осколков стекла с трением по полотну дороги будут одинаковы для всех осколков, и будут зависеть только от начальной скорости движения осколка и коэффициента трения осколка о полотно дороги. Тогда длина оси a эллипса рассеивания осколков будет равна:

где V₀ - скорость автомобиля в момент столкновения (наезда);

H - высота расположения верхней границы разбившегося в результате столкновения стекла относительно полотна дороги;

h - высота расположения нижней границы разбившегося стекла относительно полотна дороги;

k - коэффициент восстановления скорости отдельного осколка стекла при его ударах о полотно дороги.

Параметр «a» определяется на месте совершения ДТП.

Тогда скорость автомобиля в момент столкновения (наезда) может быть определена по зависимости:

Формула (7) позволяет более точно, чем формула (1), определять скорость столкновения автомобилей или скорость наезда, поскольку для этого используются более достоверно определяемые параметры, чем параметр l для формулы (1). Действительно, геометрические характеристики (h, H) расположения разбившегося полотна стекла над полотном дороги легко измеряется даже для автомобиля, пострадавшего в аварии. Параметр a измеряется по эллипсу рассеивания осколков, коэффициент восстановления скорости k определяется в результате проведения простого эксперимента. Однако известные методы определения коэффициента восстановления скорости, например, в соответствии с а.с. СССР №1231439 [5], дают существенно заниженные значения этого коэффициента, чем он имеет значение в действительности. Это обусловлено влиянием на коэффициент k горизонтальной составляющей скорости движения отдельного осколка стекла.

Анализ большого количества схем реальных ДТП показывает, что номинальное значение коэффициента k равно 0,9. Однако для каждого конкретного случая действительное значение коэффициента k зависит не только от первоначальной скорости осколка, но и от характеристик полотна дороги, по которому рассыпались осколки, от погодных условий и т.д. Тем самым значение коэффициента k необходимо определять непосредственно на месте совершения ДТП, причем при тех же погодных условиях, при которых было совершено ДТП.

Тогда, определив с учетом вышеназванных условий значение k и измерив параметр a, по формуле (7) можно будет определить скорость автомобиля в момент столкновения (наезда).

Однако правильность определения скорости V₀ можно экспериментально проверить, повторно разбросав осколки стекла из точки, соответствующей точке столкновения автомобилей (точка наезда). При этом первоначальная скорость осколков стекла при этом новом разбросе должна быть равна скорости столкновения автомобилей (скорости наезда).

Цель изобретения - повышение точности определения скорости автомобиля в момент столкновения, в результате которого произошло разрушение стекла.

Указанная цель достигается тем, что:

А) в отличии от известного способа определения скорости столкновения по формуле, учитывающей ближнюю к месту столкновения границу разлета осколков стекла, скорость столкновения определяется по формуле, учитывающей длину эллипса рассеивания осколков стекла, позиционирование всего полотна стекла в момент столкновения относительно полотна дороги, а также истинный характер движения осколков стекла по полотну дороги, основной особенностью которого является движение по полотну дороги с отскоками;

Б) Экспериментальным моделированием на месте совершения ДТП, в ходе которого произошло разрушение стекла, процесса разлета осколков стекла с помощью мобильного стенда, позволяющего обеспечить разлет собранных на месте аварии осколков стекла с любой требуемой начальной скоростью их движения.

При этом, если мобильный стенд перед проведением эксперимента установлен в точке совершения ДТП, то при обеспечении скорости движения подвижной платформы стенда с уложенными на ней осколками стекла, в момент ее торможения, равной скорости движения автомобиля в момент столкновения (наезда), длина оси эллипса рассеивания осколков стекла будет равна длине оси эллипса рассеивания осколков стекла, определенная на месте ДТП.

Тем самым устройством, реализующим способ определения скорости автомобиля по формуле (7), может быть любое устройство, состоящее из основания, разгонного устройства, которое в дальнейшем будем называть динамической платформой, подвижно установленного относительно основания, установленной на основании преграды и механизма ограничения обратного хода динамической платформы, например, как это имеет место по а.с. СССР №1755083 [6]. При этом динамическая платформа, на которую соответствующим образом уложены осколки разбившегося стекла, должна быть разогнана к моменту ее столкновения с преградой до скорости, равной скорости столкновения автомобиля (скорости наезда) и определенной по формуле (7). Это требует введения в устройство тестированной (паспортизованной) системы разгона динамической платформы, которую не имеет устройство по а.с. СССР №1755083, и кассеты, в ячейки которой укладываются осколки стекла, закрепленной на динамической платформе.

Известно также устройство по патенту Российской Федерации №2129898 [7], предназначенное для разброса (выброса) дискретных элементов из корпуса хлопушки. Сама хлопушка содержит цилиндрический корпус, внутри которого размещены пыж-диафрагма, пакет выбрасываемых элементов. К корпусу хлопушки жестко и герметично пристыкована пневматическая камера. Между корпусом и пневматической камерой установлена сменная разрывная мембрана. Пневматическая камера газоводом через клапан соединена с баллоном со сжатым газом, например воздухом. При срабатывании клапана происходит сообщение полости баллона со сжатым газом с пневматической камерой. В пневматической камере начинается рост избыточного давления до величины, определяемой прочностными характеристиками разрывной мембраны. При достижении этого уровня давления разрывная мембрана разрушается и газ, воздействуя на пыж - диафрагму, выталкивает пакет выбрасываемых элементов из корпуса хлопушки. При этом сообщенный пакету выбрасываемых элементов импульс и, как его следствие, скорость выхода пакета из корпуса хлопушки определяется давлением разрушения мембраны, объемом пневматической камеры, массы пакета, геометрическими параметрами корпуса устройства и величиной газодинамических потерь, определяемых геометрическим соотношением рабочего давления мембраны и диаметра корпуса. Тем самым, варьируя давлением в рабочей полости устройства по патенту №2129898, в корпусе которого в качестве выбрасываемого пакета установлена динамическая платформа, можно обеспечить требуемую скорость движения динамической платформы перед ее столкновением с преградой.

На фиг.2 изображен общий вид мобильного стенда, предназначенного для моделирования разлета осколков стекла, разбившегося в результате ДТП, непосредственно на месте ДТП.

Мобильный стенд состоит из основания 1, на котором в направляющих 2 установлена динамическая платформа, состоящая из штока 3, на одном конце которого закреплена кассета 4 для размещения в ней осколков стекла 5 с места ДТП, а на другом конце штока 3 закреплен поршень 6. Для разгона динамической платформы мобильный стенд снабжен системой ее разгона. Система разгона динамической платформы состоит из корпуса 7, который установлен на опоре 8. В корпус 7 вворачивается цилиндрическая направляющая - ствол 9, в которой располагается поршень 6 динамической платформы. При этом полость ствола 9 и полость корпуса 7 разделены сменной разрушаемой мембраной 10, прижимаемой к корпусу 7 торцом ствола 9. Полость корпуса 7 газоводом 11 через клапан 12 соединена с аккумулятором давления 13. Для контроля давления в полости аккумулятора давления к нему пристыкован манометр 14. Рабочая полость аккумулятора давления 13 газоводом 15 с вентилем 16 соединена с баллоном со сжатым газом 17. Для заправки баллона 17 сжатым газом предназначен вентиль 18.

Для торможения динамической платформы при достижении ею расчетной скорости на основании 1 установлена преграда 19, ударившись об которую динамическая платформа тормозится. Для снижения динамических ударных нагрузок на элементы стенда в момент торможения динамической платформы, на преграде 19 закреплена прокладка 20, предназначенная для непосредственного взаимодействия с кассетой 4 в момент ее торможения. Прокладка 20 может быть выполнена из эластичного упругого резиноподобного материала.

Мобильный стенд имеет механизм ограничения обратного хода динамической платформы после ее торможения о преграду 19, который может быть выполнен следующим образом.

На оси 21, жестко закрепленной на основании 1 стенда, с возможностью поворота установлен кронштейн 22. Правое плечо кронштейна упирается в основание 1 мобильного стенда, а на левом плече кронштейна выполнен крючок 23 с профилированным внешним контуром В. Кронштейн 22 справа от оси 21 скреплен с пружиной 24, которая другим концом скреплена с основанием 1. Пружина 24 обеспечивает поджатие правого плеча кронштейна 22 к основанию 1.

Скорость движения динамической платформы в момент ее столкновения с преградой определяется как величиной давления в аккумуляторе 13 и его объемом, так и величиной позиционирования «S» поршня 6 внутри ствола 9 стенда, а также массой подвижной платформы. Величина первоначального позиционирования «S» поршня 6 может быть определена с помощью нониусной линейки 25, закрепленной на основании 1, и стрелки 26, закрепленной на кассете 4. Указанные два фактора, величина давления в аккумуляторе и величина позиционирования «S», влияющие на конечную скорость движения динамической платформы при ее фиксированной массе, позволяют более точно выдерживать требуемое расчетное значение этой скорости. Фиксированное значение массы динамической платформы и постоянные прочностные характеристики мембраны 10 позволяют определить рабочую характеристику стенда, показывающую зависимость скорости движения динамической платформы в момент ее столкновения с преградой 19, от величины давления в аккумуляторе давления 13 и величины позиционирования поршня 6 в стволе 9. Такая характеристика будет для конкретного исполнения мобильного стенда его паспортом.

Мобильный стенд готовят к испытаниям следующим образом. До выезда на место совершения ДТП при закрытом вентиле 16 через вентиль 18 производится заполнение ресивера 17 до некоторого расчетного давления, значительно превышающего величину рабочих давлений в полости аккумулятора давления 13.

После доставки мобильного стенда на место ДТП производится его дальнейшая настройка на эксперимент на месте ДТП. Предварительно фиксируются все обстоятельства ДТП, в частности длина оси эллипса рассеивания осколков стекла, параметры позиционирования (h, H) разбившегося в результате аварии полотна стекла относительно полотна дороги и непосредственно определяется место столкновения (наезда) автомобиля.

После этого по формуле (7) при выбранном значении параметра k, учитывающем конкретные условия ДТП, определяется скорость столкновения автомобиля - V₀.

С помощью мобильного стенда экспериментально подтверждается вычисленное значение скорости V₀, для чего производится дальнейшая его настройка на эксперимент. Для этого мобильный стенд устанавливается на месте совершения ДТП, причем продольная ось ствола 9 и штока 3 должна быть соосна с осью «a» эллипса рассеивания осколков на месте ДТП, а преграда 19 стенда совмещена с точкой контакта разбившегося стекла с преградой (с другим автомобилем). Далее в аккумулятор давления устанавливается разрывная мембрана 10, которая поджимается к корпусу 7 ввернутым в него стволом 9. В кассету 4 укладываются осколки стекла 5 с условием выполнения параметров (h, H), а поршень 6 динамической платформы вводится в ствол 9 стенда. По паспорту мобильного стенда определяется величина рабочего давления в аккумуляторе 13 и значение параметра S, которые позволяют обеспечить требуемую скорость движения динамической платформы в момент ее столкновения с преградой 19 и равной V₀. Открыв вентиль 16, из ресивера 17 заполняют сжатым газом рабочую полость аккумулятора 13 до требуемого давления, величина которого контролируется по манометру 14. При достижении требуемого давления в рабочей полости аккумулятора 13, вентиль 16 закрывается. На расстояние S, определенное по паспорту мобильного стенда, устанавливается поршень 6, причем положение поршня 6 контролируется с помощью нониусной линейки 25 и стрелки 26. После завершения этой операции мобильный стенд готов к проведению эксперимента.

Работает мобильный стенд следующим образом.

При включении клапана 12, например при подаче электрического импульса на электропневмоклапан, и его срабатывании, происходит через газовод 11 сообщение полости аккумулятора давления 13 со сжатым газом (воздухом) с рабочей полостью корпуса 7 системы разгона динамической платформы. В рабочей полости корпуса 7 начинается рост избыточного давления до величины, определяемой прочностными характеристиками разрывной мембраны 10. При достижении этого уровня давления разрывная мембрана 10 разрывается и происходит сообщение полостей корпуса 7 и ствола 9, в результате чего начинает расти давление в полости ствола 9.

Давление газа в рабочей полости ствола, воздействуя на поршень 6, разгоняет его и кассету 4, выталкивает поршень из ствола 9. После выхода поршня 6 из ствола динамическая платформа стенда, а соответственно, и кассета 4, движутся с расчетной скоростью V₀.

При движении штока 3 по направляющим 2 со скоростью V₀, с этой же скоростью движется кассета 4, имеющая профилированную верхнюю кромку К, по которой она взаимодействует с внешней гранью В крючка 23 кронштейна 22, при этом происходит вращение кронштейна 22 на оси 21. Крючок 23 поднимается и правое плечо кронштейна 22 опускается. При дальнейшем движении кассеты 4 кронштейн 22 под действием пружины 24 совершает обратное вращение до упора его правого коромысла в основание 1 мобильного стенда.

При дальнейшем движении кассеты 4, она опорной пятой П взаимодействует с преградой 19, в результате чего полностью гасится скорость ее движения. Но уложенные в ее ячейки осколки стекла 5 продолжают свое движение, конечным результатом которого является формирование на полотне дороги нового эллипса рассеивания осколков стекла. А кассета 4 за счет упругих свойств преграды 19 и прокладки 20 начинает двигаться в обратную сторону. При этом крючок 23 ограничивает движение кассеты 4, а соответственно и поршня 6 в обратную сторону, что позволяет обезопасить ствол 9 от разрушения, поскольку тем самым исключается взаимодействие поршня 6 со стволом 9 при обратном ходе динамической платформы.

После формирования, в результате работы мобильного стенда, нового эллипса рассеивания осколков стекла, измеряют длину его оси a₁. В случае, если эта длина будет равна длине оси эллипса рассеивания осколков стекла на месте ДТП, то это будет подтверждать правильность определения скорости столкновения автомобилей (скорость наезда). Однако на практике параметр a₁ будет отличаться от параметра a, что в первую очередь может быть объяснено ошибочностью назначения величины параметра k в формуле (7). Тем не менее, именно описанный выше эксперимент с мобильным стендом на месте ДТП позволяет определить действительное значение коэффициента восстановления скорости. Действительно, в ходе этого эксперимента при известной начальной скорости V₀, осколки стекла были разбросаны из кассеты 4. Нижняя граница расположения осколков в кассете 4 относительно полотна дороги находится на высоте h, а верхняя - на высоте H. После разлета осколков из кассеты 4 формируется эллипс рассеивания с длиной его оси, равной a₁. Тогда из формулы (7) для параметра k будем иметь:

где

Уточнив значение коэффициента восстановления скорости для формулы (7), по этой же формуле (7) можно определить истинное значение скорости столкновения (наезда) автомобиля по формуле

где a - соответствует длине оси эллипса рассеивания осколков на месте ДТП.

Правильность расчета скорости столкновения автомобиля (скорости наезда) по формуле (9) можно проверить повторным экспериментом с мобильным стендом, технология проведения которого была описана выше. Однако при проведении повторного эксперимента с мобильным стендом стенд настраивается на скорость движения динамической платформы, равную V₀ ^*. Практика показывает, что в результате проведения повторного эксперимента длина оси эллипса a₂ рассеивания осколков с достаточной точностью совпадает с длиной оси a эллипса рассеивания осколков стекла, определенной на месте совершения ДТП.

Источники информации

1. Боровский Б.Е. Безопасность движения автомобильного транспорта. - Л.: Лениздат, - 1984. - 304 с.

2. Евтюков С.А., Васильев Я.В. Расследование и экспертиза дорожно-транспортных происшествий. / Под общ. Ред. С.А.Евтюкова. - СПб.: ООО «Издательство ДНК», 2004. - 288 с.

3. Байков В.П., Кисилев В.Б. Ударное взаимодействие транспортных средств при их столкновении. // Науково-техничний вiсник «Безпека дорожного руху Украiни» - №1(8). - 2000. - С.81-96.

4. Способ определения коэффициента трения. Авторское свидетельство СССР №1357800. Опубл. 07.12,87. Бюл. №45. МКИ G 01 N 19/02.

5. Устройство для определения коэффициента трения при ударе. Авторское свидетельство СССР №1231439. Опубл. 15.05.86. Бюл. №18.

6. Способ исследования прочности конструкции при ударе о преграду и стенд для его осуществления. Авторское свидетельство СССР №1755083. Опубл. 15.08.92. Бюл. №30.

7. Пневматическая хлопушка. Патент Российской Федерации на изобретение №2129898. Опубл. 10.05.99. Бюл. 13.

1. Способ определения скорости автомобиля в момент столкновения (наезда), в результате чего произошло разрушение стекла, заключающийся в том, что измеряют параметры позиционирования (до столкновения) разбившегося полотна стекла относительно полотна дороги и параметры разлета осколков разбившегося стекла, по которым определяется скорость столкновения, отличающийся тем, что измеряют отклонение от полотна дороги верхней и нижней границы разбившегося стекла и измеряют длину оси эллипса рассеивания осколков разбившегося стекла, после чего определяют на месте ДТП коэффициент восстановления скорости осколков стекла при их разлете и вычисляют скорость осколков стекла в момент его разрушения, что соответствует скорости автомобиля в момент столкновения (наезда), по формуле

где V₀ - скорость автомобиля в момент столкновения (наезда);

Н - высота расположения верхней границы разбившегося в результате столкновения стекла от полотна дороги;

h - высота расположения нижней границы разбившегося стекла от полотна дороги;

k - коэффициент восстановления скорости отдельного осколка стекла при его ударах о полотно дороги;

g - ускорение свободного падения;

а - длина оси эллипса рассеивания осколков стекла.

2. Мобильный стенд для определения на месте совершения дорожно-транспортного происшествия значения коэффициента восстановления скорости отдельного осколка стекла, разбившегося при аварии, и экспериментальной проверки достоверности и точности определения скорости автомобиля в момент столкновения, содержащий основание, динамическую платформу, подвижно установленную относительно основания в направляющих, систему разгона динамической платформы, преграду, установленную на основании стенда, и ограничитель обратного хода динамической платформы, отличающийся тем, что динамическая платформа выполнена в виде штока, на одном конце которого закреплена кассета для размещения в ней осколков стекла с места ДТП, а на другом конце штока закреплен поршень, размещаемый в стволе системы разгона динамической платформы, который вворачивается в корпус, рабочая газовая полость которого отделена от полости ствола сменной разрывной мембраной, при этом полость корпуса газоводом с клапаном соединена с газовым аккумулятором давления, рабочая полость которого другим газоводом с вентилем сообщена с ресивером сжатого газа, и на корпусе аккумулятора давления установлен манометр для определения величины давления газа в нем, а по ходу динамической платформы для ее резкого торможения на основании стенда установлена преграда в виде упора, причем для исключения обратного хода динамической платформы после ее соударения с упором на основании установлен механизм ограничения обратного хода, а кассета динамической платформы выполнена с возможностью имитации при размещении в ее ячейках осколков стекла условий первоначального позиционирования (до аварии) относительно дороги разбившегося в результате аварии полотна стекла.