Автоматизовані методи оцінювання ефективності гальмування автомобіля при дослідженні дорожньо-транспортної пригоди

У 70-90-х роках минулого століття в експертних установах постійно вдосконалювався процес дослідження ефективності гальмування транспортного засобу (ТЗ). Це було спричинено безперервним удосконаленням самих ТЗ. У ХХІ ст. гальмівні системи ТЗ отримали новий інтенсивний розвиток на базі конструкції антиблокувальної системи гальм. Ефективність гальмування ТЗ поліпшилася, але в експертних методиках розрахунку процесу гальмування ці реальні зміни не враховуються. Такий розрив між застарілим методичним забезпеченням та реальними змінами в конструкції ТЗ призводить до погіршення точності розрахунків і може негативно впливати на об'єктивність висновку експерта в цілому. Ця проблема повинна мати наукове та практичне розв'язання.

На сьогодні Міністерством юстиції України й Міністерством внутрішніх справ України затверджено теоретичні основи та методики експертного дослідження, які були втілені в практику проведення автотехнічних експертиз ще наприкінці минулого сторіччя Див., напр.: Про затвердження Інструкції про призначення та проведення судових експертиз та експертних досліджень та Науково-методичних рекомендацій з питань підготовки та призначення судових експертиз та експертних досліджень : наказ Міністерства юстиції України від 08.10.98 № 53/5 [Електронний ресурс]. -- Режим доступу : http://zakon4.rada.gov.ua/laws/show/z0705-98.. У той самий час в європейських країнах уже протягом десяти років для дослідження дорожньо-транспортної пригоди (ДТП) широко застосовуються низка прикладних програм і автоматизованих засобів дослідження Див., напр.: Системи лазерного сканування. Документування обставин до-рожньо-транспортних пригод (інформ. лист) / [С. І. Перлін, С. О. Шевцов, О. Б. Ку-черявенко, С. А. Буряк]. -- Х. : НДЕКЦ при ГУМВС України в Харків. обл., 2011. -- 44 с.. Деякі з цих сучасних засобів і методів дослідження ДТП почали використовуватися в Україні, зокрема в Харкові - це програма CARAT Див.: Косяков В. В. Використання комп'ютерної програми CARAT-3 при про-веденні автотехнічних експертиз: методичні рекомендації / В. В. Косяков, О. Б. Ку-черявенко. -- К. : ДНДЕКЦ МВС України, 2010. -- 40 с. і метод лазерного сканування місця ДТП Див.: Автотехнічна експертиза. Дослідження обставин ДТП : підручник для ВНЗ / [А. М. Туренко, В. І. Клименко, О. В. Сараєв, С. В. Данець]. -- Х. : ХНаДу, 2013. -- 320 с.. Що стосується проблемних питань дослідження процесу гальмування ТЗ, то тут і досі застосовуються експертні методики тридцятирічної давнини Див.: Судебная автотехническая экспертиза : в 2 ч. / под науч. рук. В. А. Ила- рионова. -- М. : М-во юстиции СССР, 1980. -- Ч. 2. -- 490 с.; Экспертная практика и новые методы исследования / Результаты систематизации экспериментально-расчетных значений параметров торможения автотранспортных средств / Информ. сб. в 3 ч. -- М. : ВНИИСЭ, 1990. -- 28 с.. Науковці в інших країнах, наприклад у Росії, уже рекомендують експертам використовувати нові дані про гальмівну ефективність ТЗ Див.: Суворов Ю. Б. Судебная дорожно-транспортная экспертиза. Судебно-экспертная оценка действий водителей и других лиц, ответственных за обеспечение безопасности дорожного движения, на участках ДТП : учеб. пособие для вузов / Ю. Б. Суворов. -- М. : Право и закон, 2004. -- 208 с.. В Україні дослідження, пов'язані з гальмівними випробуваннями ТЗ, обладнаних антиблокувальною системою гальм, виконуються та оприлюднюються науковцями Харківського національного автомобільно-дорожнього університету Див.: Исследование тормозной динамики автомобиля при анализе дорожно-транспортного происшествия / [А. Н. Туренко, В. И. Клименко, А. В. Сараев, А. О. Малявин] // Автомобильный транспорт : сб. науч. тр. -- Х. : ХНАДУ -- 2010. -- Вып. 26. -- С. 17-22; Клименко В. І. Дослідження впливу антиблокувальної системи на ефективність гальмування легкового автомобіля / В. І. Клименко, І. А. Давіденко,

О. В. Сараєв // Автомобильный транспорт : сб. науч. тр. -- Х. : ХНАДУ -- 2011. -- Вып. 29. -- С. 245-249; Сараєв О. В. Проблемні питання визначення параметрів руху транспортних засобів при дослідженні ДТП / О. В. Сараєв // Вестник ХНАДУ : сб. науч. тр. -- Х., 2013. -- Вып. 61-62. -- С. 174-178..

Мета статті - удосконалити експертні дослідження процесу гальмування ТЗ з урахуванням особливостей конструкції сучасної антиблокуваль- ної гальмівної системи на базі нових автоматизованих засобів розрахунку.

Сучасним програмним продуктом, що дозволяє моделювати ДТП, є європейська програма CARAT, можливості й ефективність застосування якої при виконанні автотехнічних експертиз були апробовані на базі НДЕКЦ при ГУМВС України в Харківській області. За допомогою цієї програми можна моделювати рух ТЗ та інших об'єктів на всіх стадіях ДТП з обчисленнями параметрів руху. Обчислення можуть проводитися як у динамічному (ураховуючи зовнішні сили, що діють на автомобіль), так і в кінематичному (беручи до уваги тільки рух) режимі. Зіткнення будь-яких ТЗ і об'єктів можуть моделюватися необмежену кількість разів. Моделювання виконується у двовимірному або тривимірному зображенні. Є можливість додавати до результатів розрахунків графічні діаграми співвідношення відстані й часу, а також зміни швидкості та прискорення (сповільнення).

У програмі CARAT розподіл гальмівних сил можна визначити окремо для кожного автомобіля. Є можливість ураховувати при моделюванні наявність або відсутність в автомобіля антиблокувальної системи гальм. Поворот кермового колеса, сила натиснення на педаль гальма та положення педалі акселератора можуть бути задані у вигляді функцій часу. У режимі моделювання руху автомобіля програма автоматично намагається здійснити необхідний поворот кермового колеса для забезпечення руху заданою траєкторією. При розгляді руху автомобіля в динамічному режимі враховуються насамперед зовнішні сили, які діють на його колеса, вплив дорожньої поверхні та аеродинамічні сили. Реакції дорожньої поверхні визначаються типом приводу (передній, задній або повний), потужністю двигуна й положенням дросельної заслінки. Ці сили генеруються в процесі руху (розгону, гальмування, при повороті кермового колеса або при дії відцентрової сили при русі на закругленні дороги). Задати всі ці параметри можна за допомогою інструментарію програми.

Щоб перевірити, наскільки програма CARAT є функціональною й ураховує особливості конструкцій сучасної гальмівної системи, було виконано порівняльне моделювання процесу гальмування автомобіля BMW-X5 та автомобіля ВАЗ-2101 (рис. 1). Початкові умови моделювання: швидкість руху 60 км/год, коефіцієнт зчеплення коліс з дорогою 0,8. За результатами моделювання можна зробити такий висновок: шлях гальмування з усталеним сповільненням цих автомобілів практично не відрізняється один від одного (різниця становить близько 3 %) і дорівнює 18,58 м у автомобіля ВАЗ-2101 та 18,03 м у автомобіля BMW-X5. Слід зауважити, що в реальних умовах шлях гальмування з усталеним сповільненням автомобіля BMW-X5 буде в середньому на 15 % менше, ніж в автомобіля ВАЗ-2101. Цей факт уже був пояснений у низці наукових праць, де показано, що така різниця в ефективності гальмування сучасних і застарілих моделей ТЗ категорії М1 (легкові автомобілі) пов'язана з особливістю конструкції сучасних гальм, обладнаних антиблокувальною системою Див.: Исследование тормозной динамики автомобиля при анализе дорожно-транспортного происшествия / [А. Н. Туренко, В. И. Клименко, А. В. Сараев, А. О. Малявин]; Клименко В. І., Давіденко І. А., Сараєв О. В. Указ. праця; Сараєв О. В. Указ. праця..

ефективність гальмування автомобіль дослідження

Рис. 1. Інтерфейс вікна програми CARAT для динамічного моделювання процесу гальмування транспортних засобів

Крім того, можна вказати на загальні недоліки моделювання процесу гальмування в динамічному режимі програми CARAT, де неможливо прорахувати зупинний і гальмівний шляхи ТЗ, а можна тільки визначити його координати переміщення з усталеним сповільненням.

Для розрахунку процесу гальмування ТЗ в программі CARAT можна скористатися опцією «Кінематичний розрахунок». При цьому експерт уносить усі вихідні дані до розрахунку в програмне вікно, а саме: інтервали часу гальмування, швидкість руху та поздовжнє сповільнення (рис. 2).

Недолік такого засобу розрахунку полягає в тому, що отриманий результат залежатиме від тих даних, які внесе експерт, тобто результат розрахунку процесу гальмування ТЗ у програмному середовищі CARAT не відрізнятиметься від аналогічного розрахунку експерта, який виконувався й 30 років тому без автоматизованих засобів дослідження. Крім того, розрахунок у програмі CARAT не враховує наростання сповільнення ТЗ при гальмуванні. Отже, програмне забезпечення CARAT не додає до вже відомих експертних методик об'єктивності та точності розрахунку процесу гальмування ТЗ і не дозволяє прорахувати зупинний чи гальмівний шлях автомобіля з посиланням на конкретну математичну модель (формулу).

Рис. 2. Інтерфейс вікна програми CARAT для кінематичного розрахунку ефективності гальмування транспортного засобу

При динамічних розрахунках частіше за все розглядається криволінійний рух автомобіля, тому поворот кермового колеса має бути поданий у відповідній залежності кута його повороту від часу. Однак такий метод визначення повороту кермового колеса в деяких випадках може бути досить трудомістким. Тому в програмі передбачена можливість автоматичного генерування повороту кермового колеса з використанням відносно простої математичної моделі водія. Остання при цьому «намагається утримати» ТЗ на заданій траєкторії з урахуванням сил, що діють на автомобіль. До програми вводяться значення часу, швидкостей поступального й обертального рухів, курсового та направляючого кутів ТЗ і координати розташування його центру ваги по осяхXта Y. Після цього моделюється рух автомобіля за часом.

Процес гальмування ТЗ при криволінійному русі, наприклад на повороті чи при маневрі, експерт може моделювати, задавши траєкторію руху. Це дає змогу, послідовно підбираючи параметри часткового гальмування отримати рух ТЗ без втрати або з втратою стійкості його руху (рис. 3, 4). Слід зауважити, що всі недоліки дослідження процесу гальмування в програмі CARAT при криволінійному русі збігаються з недоліками, які були перераховані для прямолінійного руху.

Рис. 3. Інтерфейс вікна програми CARAT для моделювання часткового процесу гальмування автомобіля, що імітує роботу антиблокувальної системи гальм

Рис. 4. Інтерфейс вікна програми CARAT для моделювання гальмування з максимальною ефективністю при русі транспортного засобу по кривій

Зовсім інший спосіб вимірювання динамічних властивостей гальмуючого автомобіля передбачає використання акселерометра. Сучасний акселерометр - електронний датчик. Цей відносно недорогий та інформативний спосіб вимірювання найчастіше використовують у сучасних приладах, наприклад, російського виробництва «Ефект» або польського AMX 520 фірми AUTOMEX та інших виробників.

Прилад «Ефект» використовується для перевірки гальмівних систем вантажних і легкових автомобілів, автобусів й автопоїздів при проведенні державного технічного огляду, виконанні автотехнічної експертизи, у процесі експлуатації та в інших випадках, що вимагають оперативного контролю стану гальмівної системи ТЗ.

Прилад визначає відповідно до існуючих стандартів усталене сповільнення, пікове значення зусилля натиснення на педаль, довжину гальмівного шляху, час спрацьовування гальмівної системи, початкову швидкість гальмування й лінійне відхилення ТЗ при гальмуванні. Прилад також перераховує норму гальмівного шляху до реальної початкової швидкості гальмування.

Прилад «Ефект» вимірює три параметри: сповільнення - прискорення автомобіля, зусилля на гальмовій педалі та час спрацьовування гальмівної системи. На підставі цих вимірів електронний блок приладу розраховує швидкість автомобіля на початку гальмування й гальмівний шлях.

Слід зазначити, що в характеристиці цього приладу відсутні відомості про погрішність розрахункових величин - швидкості автомобіля та гальмівного шляху. Це основний недолік даного класу приборів, оскільки швидкість автомобіля й гальмівний шлях не вимірюються, а розраховуються. Крім того, зупинний шлях ТЗ такими приладами в автоматизованому режимі зовсім не визначається.

За допомогою приладу «Ефект» ми провели експериментальні гальмівні випробування легкових автомобілів, обладнаних різною конструкцією гальмівної системи. Отримані результати зведено в таблиці 1 і 2).

Таблиця 1

Результати гальмівних випробувань автомобіля Ford Mondeo, обладнаного антиблокувальною системою гальм

Таблиця 2

Результати гальмівних випробувань автомобіля ВАЗ 2101

Згідно з наведеними в таблицях даними гальмівний шлях автомобіля Ford Mondeo, обладнаного антиблокувальною системою гальм, при інших рівних умовах гальмування на 16,7 % менше, ніж в автомобіля ВАЗ-2101, хоча обидва ТЗ належать до однієї категорії М1 і відповідно до існуючих експертних розрахункових методик повинні мати однакові зупинний та гальмівний шляхи.

З метою усунення зазначених недоліків нами був розроблений більш удосконалений метод оцінювання ефективності гальмування ТЗ при дослідженні ДТП. Цей метод базується на автоматизованих засобах дослідження та враховує вплив сучасної антиблокувальної системи гальм на ефективність гальмування ТЗ. Метод передбачає визначення усталеного сповільнення ТЗ за новими систематизованими даними або за допомогою відповідного приладу, але з урахуванням тих обставин ДТП, які впливають на гальмівну ефективність, а саме: швидкість руху ТЗ, стан і геометрія дорожнього покриття. На підставі цього далі в автоматизованому режимі за розробленим алгоритмом та програмою розраховується зупинний шлях автомобіля за вдосконаленою математичною моделлю, рішенням якої є система рівнянь

S₀ = s + S₂ + S3;

^S1 = va (t1 + tl);