Frenado de una motocicleta:
análisis cinemáticO a
partir de una técnica videográfica digital y su comparación con el análisis por
huellas de frenado.
Mario S. Cleva
Instituto de Ciencias Criminalísticas y Criminología - Universidad Nacional del Nordeste
Instituto de Ciencias Criminalísticas y Criminología - Universidad Nacional del Nordeste
Antecedentes
El uso de la huella de frenado es
ampliamente empleado como estimador de los parámetros cinemáticos de los
vehículos al frenar. Sin embargo, el uso de la misma, parte de la hipótesis de
asumir que el fenómeno es de carácter lineal e independiente de las condiciones
iniciales. Otros investigadores han usado distintos métodos mecánicos y
analógicos para la determinación de estos parámetros, siendo la mayoría de
ellos de difícil calibración (Duchene M, y Charloteaux M, 1979, Reed WS y Keskin
TA, 1987). El abaratamiento de los recursos tecnológicos en los últimos años ha
permitido que se puedan mejorar las técnicas orientadas a las mediciones. El
uso de tecnologías digitales para el análisis del movimiento (Cleva y col,
1996), está reemplazando a complicadas técnicas mecánicas y/o analógicas. El
objetivo del presente trabajo es analizar la cinemática de la
frenada de una motocicleta a partir de un video digitalizado y compararla con
los obtenidos por huellas de frenado.
Materiales y Método.
Equipamiento y preparación experimental.
Equipamiento y preparación experimental.
Para la determinación de los
parámetros cinemáticos en el frenado de una motocicleta se usaron los
siguientes equipos: cámara de video JVC GR–AX730, placa editora de video MIRO
DC10 Plus, computadora con procesador Pentium de 333 MHz con 64 MB de RAM y
software para el procesamiento de los datos.
La preparación experimental se ilustra en la
fotografía de la Fig. 1. Sobre el fondo de la escena se colocan dos marcadores,
(también representados en la fotografía) separados una distancia de 5 metros
para referir posiciones. Sobre la motocicleta se colocan otros tres marcadores
de 7 centímetros de diámetro para luego referir la posición del vehículo. La
cámara se ubicó con su eje óptico normal al contorno de la calzada, y a una
distancia de 20 metros para minimizar los errores de paralaje.
Procedimiento.
Se realizaron los registros en video de cuatro pruebas a velocidades de 20, 30, 40 y 50 km/hr. Se instruyó al conductor del vehículo para que en el frenado bloqueara la rueda trasera y frenara en forma gradual con la delantera de modo de reproducir el frenado en una situación real. Se realizó también la medición de las huellas de frenado para cada uno de los casos.
Se realizaron los registros en video de cuatro pruebas a velocidades de 20, 30, 40 y 50 km/hr. Se instruyó al conductor del vehículo para que en el frenado bloqueara la rueda trasera y frenara en forma gradual con la delantera de modo de reproducir el frenado en una situación real. Se realizó también la medición de las huellas de frenado para cada uno de los casos.
Extracción de datos
Los registros en video de las distintas pruebas son volcados a la computadora a través de la placa editora de video y guardados como archivos de formato AVI. Con un programa para edición de video, el archivo AVI es exportado a secuencias de archivos gráficos JPG a una taza de 29.97 videogramas por segundo (norma NTSC). En cada uno de los archivos gráficos se extrae la posición de uno de los marcadores en twipps, y con la ayuda de la escala de fondo, se realiza la conversión de los mismos a centímetros.
Los registros en video de las distintas pruebas son volcados a la computadora a través de la placa editora de video y guardados como archivos de formato AVI. Con un programa para edición de video, el archivo AVI es exportado a secuencias de archivos gráficos JPG a una taza de 29.97 videogramas por segundo (norma NTSC). En cada uno de los archivos gráficos se extrae la posición de uno de los marcadores en twipps, y con la ayuda de la escala de fondo, se realiza la conversión de los mismos a centímetros.
Discusión de Resultados.
La determinación de los parámetros cinemáticos se basa en el análisis de la variación de la posición de marcadores ubicados sobre la motocicleta. Dado que la motocicleta no sufre deformaciones apreciables durante el frenado, con los datos obtenidos de la posición de uno de los marcadores en cada uno de los fotogramas, se construye la gráfica experimental de la posición en función del tiempo. El contenido de altas frecuencias presente en la serie de datos hace necesario que ésta sea suavizada ajustando los datos experimentales a una polinomio de grado 2. La tabla 1 muestra las velocidades iniciales para cada prueba, los coeficientes del polinomio, los coeficientes de correlación para cada una de las curvas ajustadas y la longitud de la huella de frenada. La gráfica de la Fig. 2 ilustra los datos experimentales junto con las curvas ajustadas.
La determinación de los parámetros cinemáticos se basa en el análisis de la variación de la posición de marcadores ubicados sobre la motocicleta. Dado que la motocicleta no sufre deformaciones apreciables durante el frenado, con los datos obtenidos de la posición de uno de los marcadores en cada uno de los fotogramas, se construye la gráfica experimental de la posición en función del tiempo. El contenido de altas frecuencias presente en la serie de datos hace necesario que ésta sea suavizada ajustando los datos experimentales a una polinomio de grado 2. La tabla 1 muestra las velocidades iniciales para cada prueba, los coeficientes del polinomio, los coeficientes de correlación para cada una de las curvas ajustadas y la longitud de la huella de frenada. La gráfica de la Fig. 2 ilustra los datos experimentales junto con las curvas ajustadas.
|
Velocidad
|
Ecuación
|
R2
|
L (m)
|
|
20 km/hr = 555.6 cm/seg
|
57,4 + 667,5.t – 214,7.t2
|
0.99898
|
1.7 ± .01
|
|
30 km/hr = 833.3 cm/seg
|
2,3 + 888,7.t – 263,1.t2
|
0.99984
|
3.9 ± .01
|
|
40 km/hr = 1111.1 cm/seg
|
8,7 + 1060,4.t – 260,4.t2
|
0.99996
|
7.13 ± .01
|
|
50 km/hr = 1388.9 cm/seg
|
26,2 + 1253,2.t – 284,3.t2
|
0.99993
|
10.86 ± .01
|
Tabla 1 : Velocidad, ecuaciones de posición
ajustadas, precisión del ajuste y longitud de huella de frenado.
En la ecuación de ajuste, el
término lineal mide la velocidad inicial en cm/seg y el término cuadrático mide
la mitad de la deceleración en cm/seg2. Nótese de la tabla 1, la
similitud entre los valores del velocímetro expresados en cm/seg. y los
obtenidos por el ajuste. Las diferencias pueden deberse al mayor error que se
presenta en los velocímetros a bajas velocidades y a lo difícil de mantener una
velocidad constante en la prueba. La tabla 2 ilustra los valores de
deceleración obtenidos por huella de frenada a partir de
(donde v representa la velocidad inicial, y l la
longitud de la huella) y su comparación con los obtenidos del ajuste.
Figura 2: datos experimentales y curvas ajustadas según tabla 1
La deceleración para cada uno de
los casos se obtiene por doble derivación respecto del tiempo de la curva de
posición (Tabla 2). Debe notarse que los valores de deceleración no son
constantes entre pruebas. En el caso de la determinación por huella de frenado,
los valores de la deceleración disminuyen a medida que aumenta la velocidad,
mientras que en la técnica videográfica, aumentan y en promedio son menores.
Esta diferencia está causada porque la impresión de la huella de frenado no
aparece en forma sincronizada con la acción del frenado sobre todo a bajas
velocidades.
|
|
Deceleración
experimental (cm/seg2)
|
Deceleración
por huella (cm/seg2)
|
|
20 km/hr
|
-429.3
|
-907.8
|
|
30 km/hr
|
-526.2
|
-890.3
|
|
40 km/hr
|
-520.8
|
-865.8
|
|
50 km/hr
|
-568.5
|
-888.1
|
Tabla 2 : Velocidad y valores de deceleración a
partir de la técnica videográfica y a partir de la huella de frenado.
Conclusiones.
Si bien el carácter de la deceleración que presenta el fenómeno es constante para cada prueba, no lo es para distintas velocidades. El uso de la huella de frenado como indicador de la velocidad inicial puede conducir a errores que no coinciden a los del fenómeno sobre todo a bajas velocidades. Se hace necesario, entonces, un análisis sobre un mayor número de vehículos bajo distintas condiciones a modo de tener una clara idea de las características del fenómeno. Dado el bajo costo, la fácil implementación con relación a otras técnicas la técnica de videografía digital constituye un método rápido y preciso para la determinación de valores de deceleración.
También hay que considerar que la presencia de sistemas de frenos como el ABS no dejan ningún tipo de huella lo que dificulta el cálculo de parámetros en vehículos que cuenten con este sistema.
Si bien el carácter de la deceleración que presenta el fenómeno es constante para cada prueba, no lo es para distintas velocidades. El uso de la huella de frenado como indicador de la velocidad inicial puede conducir a errores que no coinciden a los del fenómeno sobre todo a bajas velocidades. Se hace necesario, entonces, un análisis sobre un mayor número de vehículos bajo distintas condiciones a modo de tener una clara idea de las características del fenómeno. Dado el bajo costo, la fácil implementación con relación a otras técnicas la técnica de videografía digital constituye un método rápido y preciso para la determinación de valores de deceleración.
También hay que considerar que la presencia de sistemas de frenos como el ABS no dejan ningún tipo de huella lo que dificulta el cálculo de parámetros en vehículos que cuenten con este sistema.
Mario S.Cleva
Catamarca 375 – CP (3400) – Corrientes – ARGENTINA
Te:54-3783-422096
E-Mail: clevamario@arnet.com.ar –
Catamarca 375 – CP (3400) – Corrientes – ARGENTINA
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