Gyalogos elütések szimulációs vizsgálata A Virtual Crash program validációja Dr. Melegh Gábor BME Gépjárművek tanszék Budapest, Magyarország Vida Gábor BME Gépjárművek tanszék Budapest, Magyarország Ing. Dušan Šucha Nové Zámky, Szlovákia Gabriel Belobrad Komarno, Szlovákia 1. Absztrakt A Virtual Crash egy új generációs baleset rekonstrukciós program. A legújabb hardver és szoftver fejlesztési eredmények lehetővé teszik a személyi számítógépen nagy bonyolultságú rendszerek valós időben történő modellezését. A szimulációs eredmények megjeleníthetők 3D perspektivikus nézetben, méretarányos felülnézeti képen, diagram és táblázatos formában. A programban felhasznált modellek, számítási algoritmusok helyességét, megfelelő működését un. validációs vizsgálatokkal lehet legmegfelelőbb módon értékelni. Abban az esetben, ha kísérleti eredményeket megfelelő módon rekonstruálni tudjuk, akkor a program működése megfelelő, jól modellezhetők a valóságban bekövetkezett hasonló események is. 2. Bevezetés A validációs vizsgálatokhoz felhasználjuk a DEKRA AG. által elvégzett kísérletsorozat eredményeit. A kísérletek során különböző típusú gépjárművekkel, különböző sebességek mellett végeztek gyalogoselütési kísérleteket. A gyalogos elütés utáni elmozdulásának nagysága részben az elütési sebességtől, részben pedig a gépjármű geometriai formájától függ. A Virtual Crash baleset rekonstrukciós program lehetőséget biztosít arra is, hogy gyalogos elütéseket modellezzük. A beépített fizikai modellek a kísérlet során használt járművek és dummy-k (próbabábuk) modellezésére is alkalmasak. 3. Fizikai modellek A Virtual Crash baleset rekonstrukciós program járműmodelleket (kerékpár, motorkerékpár, személygépkocsi, tehergépkocsi, utánfutó, egyéb), különböző testhelyzetű gyalogos és egyéb tereptárgy (korlát, fal, fa, ház, stb.) modelleket tartalmaz, melyek lehetőséget biztosítanak arra is, hogy a vizsgált kísérletnek megfelelő gyalogos elütéseket modellezzük. A gyalogos elütések modellezése során nagy szerepe van a modellek geometriai kialakításának, mivel ahogy azt a kiindulási kísérletek is mutatták a jármű sebessége mellett a járműkarosszéria kialakításától is függ a gyalogos elvetődési távolsága. A programban használt járműmodellek típus specifikusak, ugyanis a valóságot jól megközelítő 3D hálóval határolt modelleket alkalmazunk. Ez azt jelenti, hogy a méretarányosan megrajzolt modellek valósághűségét kizárólag formájuk adja, eltérően más szimulációs programoktól, melyek un. textúrákkal érik csak el a kívánt vizuális hatást, nem biztosítva a kialakításbeli valósághűséget. A modell valósághűsége annak részletességével arányos. Az 1. ábrán egy Honda NSX Copyright 2007 AutoExpert Hungary Kft.
típusú személygépkocsi modell látható, megjelenített un. drótvázzal, a 2. ábrán csak a felületek láthatók. 3. ábra Gyalogos modellek 1. ábra Honda NSX modell - drótváz 4. Validáció A validációs vizsgálatok alapját a már említett DEKRA kísérlet adja. Az elütési kísérletek során különböző típusú gépjárművekkel (VW T4, Chrysler Voyager, Mazda 121, Porsche 924, VW Passat, Ford Taunus) különböző elütési sebességek mellett (10, 35, 50, 65, 80 km / h ) határozták meg a gyalogos elvetődési távolságát. A kapott eredmények a 4. ábrán láthatók diagram formájában. 2. ábra Honda NSX modell A programban használt gyalogos modell un. többtest (multibody) modell, mely egy valóságos gyalogosnak megfelelően épül fel. A modell részei a fej, nyak, törzs, karok (felső, alsó), medence, lábak (felső, alsó, lábfej), összesen 14 rész, melyek megfelelő kényszerrel vannak összekötve. A 3. ábrán különböző testhelyzetű, különböző fizikai méretű gyalogos modellek láthatók. A program használata során lehetőség van különböző, előre definiált helyzetű (álló, lépő, lehajoló, fekvő, stb.) gyalogos modellek alkalmazására. A bal oldali ábrán az un. vázmodell látható. 4. ábra DEKRA kísérleti eredmények A kapott eredmények alapján látható, hogy a gyalogos elvetődési távolsága nagymértékben függ a személygépkocsi geometriai kialakításától. Például a 80 km / h sebességű elütés esetén a Ford Taunus ill. a Chrysler Voyager személygépkocsik között kb. kétszeres elvetődési távolság adódott. Copyright 2007 AutoExpert Hungary Kft. 2
A validációs vizsgálathoz a Volkswagen Passat személygépkocsival történt kísérleti eredményeket használjuk. A programban használt járműmodell az 5. ábrán látható. 6. ábra Elütés 20 km / h sebességgel I. 5. ábra VW Passat modell A DEKRA kísérleti eredményként kapott diagramot (4. ábra) grafikus módon is felhasználjuk. A méretarányos diagramot a jármű mozgási síkjára fektetjük. A gyalogost a diagram abszcissza tengelyére, a megfelelő sebesség metszékhez állítjuk. A mögötte lévő személygépkocsi kezdeti sebességét a megfelelő értékre, a személygépkocsi lassulását a maximális értékre állítva a szimulációt elvégezzük. Első lépésként a 20 km / h sebességgel történő elütést modellezzük. Az elütési folyamat jellegzetes időpillanatai a 6-8. ábrákon láthatók: A 6. ábrán az elütés kezdeti időpillanata látható. A fékezett személygépkocsi érintkezik az álló gyalogossal. A 7. ábrán az elütést kb. 0,5 s idővel követő időpillanat látható. A gyalogos a felsőtestével a motorházfedél felső részével érintkezik. A 8. ábrán a gyalogos úttestre esésének időpillanata látható. A 9. ábrán a jármű és a gyalogos véghelyzete látható. Az ábra alapján látható, hogy a gyalogos véghelyzete a kísérleti eredménnyel (kék háromszöggel jelölt hely) egybeesik. 7. ábra Elütés 20 km / h sebességgel II. 8. ábra Elütés 20 km / h sebességgel III. Copyright 2007 AutoExpert Hungary Kft. 3
9. ábra Elütés 20 km / h sebességgel IV. 11. ábra Elütési folyamat 50 km / h sebesség esetén A továbbiakban a 35, 50, 65 és 80 km / h sebességgel történő elütéseket modellezzük. A 10. ábrán a 35 km / h sebességgel történő elütés folyamat látható a személygépkocsi és a gyalogos véghelyzetével. 12. ábra Elütési folyamat 65 km / h sebesség esetén 10. ábra Elütési folyamat 35 km / h sebesség esetén A 11. ábrán az 50 km / h sebességgel, a 12. ábrán a 65 km / h sebességgel, a 13. ábrán a 80 km / h sebességgel történő elütés folyamat látható a személygépkocsi és a gyalogos véghelyzetével. Az ábrákon - a könnyebb észlelhetőség miatt - nyilakkal jelöltük a kísérleti eredményként adódó (kék háromszöggel jelölt) helyzeteket. Az ábrákon láthatók a gyalogos helyzetének időpillanatai is. 13. ábra Elütési folyamat 80 km / h sebesség esetén Copyright 2007 AutoExpert Hungary Kft. 4
A validációs vizsgálatok során a Volkswagen T4 gépjárművel történt kísérleti eredményt is rekonstruáltuk, mivel az a járműtípus geometriai kialakítását tekintve jelentősen eltér a már vizsgált Volkswagen Passat személygépkocsitól. A mérési eredmények azt mutatták, hogy a magasabb sebességtartományokban történő elütések esetén nagyobb elvetődési távolság eltérések adódnak a különböző gépjárművek esetében. A 14. ábrán a vizsgált elütési folyamat kezdeti időpillanata látható a gépjárművel ill. a gyalogossal. 14. ábra Elütési folyamat kezdeti időpillanata A 15. ábrán a 80 km / h sebességgel történő elütés folyamat látható a Volkswagen T4 gépjármű és a gyalogos véghelyzetével. A 15. ábra alapján látható, hogy a szimulációs eredmény ill. a kísérleti eredmény (piros négyzettel jelölt) között csak csekély mértékű eltérés adódott. 5. Összefoglalás A Virtual Crash baleset rekonstrukciós program felhasználásával olyan kísérleti eredményeket rekonstruáltunk, melyhez szükséges volt a program azon képességének felhasználása, hogy az alkalmazott jármű ill. gyalogos modellek valósághűsége a korábbiaknál lényegesen jobb. A szimulációs vizsgálatok eredményei teljes összhangban állnak a felhasznált elütési kísérletek eredményeivel. A vizsgált és az ábrákon bemutatott elütési folyamatok a gyalogos véghelyzetét tekintve jól illeszkednek a kísérleti eredményekhez. Az elvégzett vizsgálatok részben igazolják azon kísérleti eredményeket, melyek szerint az elütési sebességek függvényében lényeges eltérések adódnak a gyalogos elvetődési távolságát tekintve a különböző geometriai kialakítású gépjárművek esetén, részben pedig a kísérleti eredmények rekonstruálása igazolja a szimulációs vizsgálatok helyességén keresztül a Virtual Crash szimulációs programban alkalmazott modellek, számítási algoritmusok helyességét. A bemutatott számítások megtalálhatók a Virtual Crash program példái között. A felhasználónak lehetősége nyílik az ábrákon keresztül bemutatott folyamatok teljes megtekintésére, további elemzésére, értékelésére. A program letölthető a www.vcrash.com website-ról. Budapest, 2007. január 14. 15. ábra Elütési folyamat 80 km / h sebesség esetén Copyright 2007 AutoExpert Hungary Kft. 5
Copyright 2007 AutoExpert Hungary Kft. 6