Radikalt förkortad bromssträcka En jämförelse av okonventionella nödbromsmetoder för vägfordon

Transkript

1 Radikalt förkortad bromssträcka En jämförelse av okonventionella nödbromsmetoder för vägfordon Av Erik Nilsson. Ett arbete utfört i samarbete mellan KTH och Sweco. Stockholm,

2

3 Förord Denna rapport är framtagen med ekonomiskt bidrag från Trafikverkets skyltfond. Ståndpunkter och slutsatser i rapporten reflekterar författaren och överensstämmer inte med nödvändighet med Trafikverkets ståndpunkter och slutsatser inom rapportens ämnesområde. Framtidens vägfordon kommer vara uppkopplade med varandra och med omvärlden och detta kommer möjliggöra nya funktioner inom ett antal områden, inte minst när det gäller trafiksäkerhet. Redan idag utrustas vissa bilar med autonoma system som kan upptäcka hinder och automatiskt nödbromsa bilen med ordinarie bromsar. Utveckling pågår även kring hur fordon ska kunna kommunicera med varandra, vilket kommer att ge ytterligare beslutsunderlag för nödbromsning. Framtidens fordon kommer alltså att i många lägen veta när de håller på att krocka. Men, för att utnyttja potentialen att rädda liv som dessa nya system ger, behövs nya metoder för att uppnå betydligt kortare bromssträckor än vad dagens fordon och bromsar möjliggör. Syftet med denna förstudie är att sammanställa vilka olika bromsmetoder som är aktuella samt värdera dem när det gäller aspekter kring bromsförmåga, säkerhet, implementerbarhet m.m. En väsentlig del av arbetet har utgjorts av Erik Nilssons examensarbete. Sweco har bidragit med expertkunskap och metodik under arbetets gång. Resultaten visar att flera bromsmetoder kan åstadkomma mycket god bromseffekt, medan andra ger mindre bromseffekt, men istället kan vara lättare att införa. Flera av bromsmetoderna går att kombinera. Det är angeläget att gå vidare med fortsatta studier, försök och utveckling inom detta område. Ett viktigt första steg är att göra möjligheterna kända i en bredare krets och därmed stimulera såväl efterfrågan som utveckling. Ett effektivt sätt att göra detta i ett så här pass tidigt skede skulle vara att utlysa forskningsprojekt, försök och gärna även tävlingar inom området. Detta bör göras i samverkan med pågående initiativ inom området för samverkande fordon (Co-Operative Systems), då samverkan mellan fordon är en förutsättning för att radikala bromsmetoder ska kunna införas. Stefan Myhrberg Swecos projektledare Radikalt förkortad bromssträcka i

4 Sammanfattning Detta arbete har utförts i samarbete mellan KTH och Sweco, efter Trafikverkets och Skyltfondens utmaning att finna idéer och metoder att bromsa vägfordon i betydligt mer än 1 g. Målet med detta arbete har varit att jämföra bromskapaciteten för ett flertal möjliga sätt att nödbromsa ett vägfordon, med hänsyn till aspekterna säkerhet, kostnad och implementerbarhet. Grunduppställningen är ett endimensionellt problem där en bil på 1500 kg färdas på en plan väg i 100 km/h. Friktionskoefficienten mellan däck och vägbana är 1. Bilens ursprungliga luftmotstånd bortses ifrån vilket ger bilen en bromssträcka på 39 meter. Tre grundfrågor utifrån detta har styrt arbetet: Grundfråga 1: Vad krävs av nödbromsmetoden för att halvera bromssträckan? Grundfråga 2: Med hänsyn till säkerhet, kostnad och implementerbarhet, hur bra bromskapacitet uppnår bromsmetoden? Vad blir den nya bromssträckan? Grundfråga 3: Hur förändras bromssträckan vid halt väglag (friktionskoefficient 0,4)? Bromskapacitet har i största möjliga mån beräknats, medan de andra kategorierna har resonerats fram tillsammans med handledare och examinator, och i vissa fall, externa experter inom området. Varje bromsmetod har betygsatts i de fyra intressanta kategorierna. Resultatet av denna betygsättning ses i tabellen nedan. Bromsmetod Säkerhet Kostnad Impl.barhet Bromskap. Totalt Platta Ställbara Klister Vertikal acc Magnet Undertryck Skärmar Vingar Raketer Katapult Ankare Plog De fyra bromsmetoder som erhöll högst betyg ( Klister, Undertryck, Ankare/Harpun och Ställbara hjul ) valdes ut till vidare analys och, förutom Ställbara hjul är de metoder som slutligen rekommenderas som huvudkandidater för fortsatta studier och tester. Bromsmetoden Ankare/Harpun har kapacitet att bromsa fordonet i flera g, medan Klister och Undertryck har svårare att nå samma höga bromskapacitet. Tekniskt sett är det fullt genomförbart att bromsa ett vägfordon i betydligt mer än 1 g, men om det är värt de eftergifter inom just kostnad, implementerbarhet och säkerhet som krävs, det är frågan ingenjörer, ekonomer, politiker och framför allt konsumenter måste ställa sig. ii

5 Abstract This work has been conducted as part of a collaboration between KTH (the Royal Institute of Technology) and Sweco. Its foundation lies in the challenge stated by Trafikverket (Swedish Road Ministration) to find ideas or methods to brake road vehicles at significantly more than 1 g. The ambition of this work has been to compare several different kinds of braking methods considering the factors safety, cost and implementation. The core setup is a one dimensional problem consisting of a car at 1500 kg travelling on a flat road at 100 km/h. The friction coefficient between tire and road surface is 1. The air resistance of the car is neglected, which gives a braking distance of 39 meters. Sprung from this information, three main questions have governed the entire work: Main question 1: What is required of the braking method to cut the braking distance in half? Main question 2: Considering safety, cost and implementation, how good braking capacity does the braking method reach? What is the resulting braking distance? Main question 3: How is the braking distance affected by slippery road (friction 0.4)? The braking capacity has, when possible, been estimated with calculations, while the results regarding the other factors have been reasoned forth together with the supervisor at Sweco and the examiner, as well as external experts in some cases. Each braking method has been graded in all of the four considered categories. The results of this grading are found in the table below. Braking method Safety Cost Implement. Brake cap. Total Braking plate Cambered wheels Glue Vertical acc Magnet Vacuum Brake chutes Spoilers Rockets Catapult Anchor/Harpoon Plow The four braking methods that acquired the highest ratings ( Glue, Vacuum, Anchor/Harpoon and Adjustable angle wheels ) were chosen for further investigation and, apart from Adjustable angle wheels, are the methods mainly recommended for additional studies and testing. The braking method Anchor/Harpoon is capable of braking a road vehicle at several g:s, while Glue and Vacuum have difficulties reaching the same braking capacity. From a technical point of view, it is feasible to brake a road vehicle at significantly more than 1g. But, whether it is worth the expenses in cost, implementation and safety, that is the question engineers, economists, politicians and, above all, the consumers have to ask themselves. Radikalt förkortad bromssträcka iii

6 Författarens tack Detta examensarbete utgör avslutningen på min civilingenjörsutbildning, och markerar att jag nått fram till den där eftertraktade examen som en gång i tiden bara skymtade ouppnåeligt vid horisonten. Jag vill passa på att tacka diverse personer: Anna, för allt. Mina föräldrar, för deras orubbliga stöd och intresse. Mina goda vänner Robert, Erik och Fredrik, utan vilka jag aldrig skulle ha klarat ens mitt första år på KTH. Alla mina lärare på KTH som med varierande framgång lyckats förbereda mig för mitt kommande arbetsliv. Mer direkt i anslutning till detta arbete vill jag tacka: Stefan Myhrberg och Sweco Infrastructure för deras förtroende i mig. Lars Drugge för hans stöd och vägledning genom arbetet. I arbetet tar jag fullt ansvar för det som skrivs, inklusive eventuella felskrivningar och feltolkningar av information. Följande personer vill jag dock tacka för deras hjälp med information och åsikter kring arbetet: Bengt Stenberg, f.d. professor vid KTH. Bo Lenander, Trelleborg Gummi. Tomas Gawalewicz, Microjoining. Åke Dolk, Limprojekt. Roger Hagen, 3M. Lars Sandberg, praktiska försök av uppvärmt klister. Arne Karlsson, strömningsmekanik KTH. Stefan Östlund, elektromagnetism KTH. Saed Mousavi, FOI. Gunnar Olsson, SAAB. Alla andra som här inte nämns vid namn. iv

7 Innehållsförteckning Förord... i 1. Problemformulering och syfte Bakgrund och historia Problemuppställning Bromsmetoder Ökad friktionskoefficient Bromsplatta Ställbara hjul Klister Ökad normalkraft Lyfta fordonet/vertikal acceleration Magneter Undertryck Luftmotstånd Bromsskärmar Bromsvingar Kraft bakåt Bromsraketer Katapult Gripa tag i vägbanan Ankare/Harpun Plog/Spett Resultat Vanliga bromsar Bromsplatta Ställbara hjul Klister Lyfta fordonet/vertikal acceleration Magneter Undertryck Bromsskärm Bromsvingar Bromsraketer Katapult Radikalt förkortad bromssträcka v

8 5.12 Ankare/Harpun Plog Jämförelse urval Slutsats urval Vidare analys Klister Undertryck Ställbara hjul Ankare/Harpun Diskussion och slutsatser Referenser Bilaga 1 Viktfördelning vid inbromsning Bilaga 2 Grov uppskattning av harpundimensioner Bilaga 3 Ekonomisk redovisning... Fel! Bokmärket är inte definierat. vi

9 1. Problemformulering och syfte Nollvisionen. Detta ensamma ord speglar en dröm och ett ideal som går ut på att ingen människa skall dö eller skadas för livet i trafikolyckor. Om det kan bli verklighet eller kommer att förbli en dröm återstår att se. Med förare som aktivt väljer bort säkerhetsanordningar, kör bil alkoholpåverkade eller kör över sin förmåga kanske man aldrig kan förhindra att förare tar livet av sig själva eller andra, utan att ta full kontroll över deras körning. Dock kan man med all säkerhet minska antalet trafikolyckor och konsekvenserna av dessa. Något som håller på att göra inträde på bilmarknaden är smartare bilar. Detta innebär fordon som kan ta kontrollen när föraren tappar den eller som kan göra föraren uppmärksam på något han/hon missat. Sådana system finns till viss del redan idag med antisladdsystem, döda vinkeln-varnare och fotgängarigenkänning i mörker. I en förhoppningsvis inte alltför avlägsen framtid kommer vägfordon att kommunicera med varandra och kunna undvika olyckor i ett mycket tidigare skede än vad som tidigare varit möjligt. I samband med denna teknik öppnar man dörren för system som själva upptäcker nära förestående faror och kan reagera utan föraren. Detta arbete handlar om att snabbt bromsa ett fordon. Det handlar inte om hur ett fordon enklast kan undvika en olycka. I väldigt många farliga situationer i trafiken är en kombinerad undanmanöver och broms att föredra. I samband med arbetets syfte avskrivs också metoder som handlar om att förbättra fordonets passiva säkerhet (system som aktiveras vid krock) samt idén om att använda en krockkudde på utsidan av fordonet. En förutsättning genom hela detta arbete är att fordonet är smart och alltid kommer att fatta rätt beslut. Vidare förutsätts att inga system kommer att avfyras felaktigt, även om viss diskussion kommer att förekomma gällande eventuella skador vid oavsiktlig avfyrning av nödsystemet. Man kan formulera anledningen till avfyrandet av nödsystemet som följande: Fordonet inser att det kommer att krocka, oavsett vad föraren gör, och att en undanmanöver inte är möjlig. Om fordonet krockar så kommer de som färdas i fordonet att dö eller skadas allvarligt. Med denna förutsättning i ryggen inser man snart att reparationskostnader för förstörd vägbana eller böter för eventuella lagbrott är ett mycket attraktivare alternativ för de som färdas i fordonet. Detta leder till att bromsmetoderna i denna rapport konceptuellt snarare begränsas av praktiska skäl såsom personsäkerhet, vikt, och driftskostnad än byråkratiska skäl eller konsekvenskostnader. Vad gäller risker med bromsmetoderna så förutsätts att ett smart system utrustat med radar, kameror och dyl. kommer att kunna avgöra om det är riskfritt att avfyra nödbromsen, eller om det faktiskt utgör en än större risk att göra det. Ursprunget till detta arbete återfinns i en utmaning från Trafikverket och skyltfonden [1], där metoder att bromsa ett vägfordon snabbare än med vanliga bromsar efterfrågas. Mer specifikt efterfrågas idéer och förslag som kan bromsa fordonet i betydligt mer än 1g. En viktig frågeställning genom hela detta arbete har följaktligen varit: Går det att bromsa ett vägfordon i betydligt mer än 1g? Målet med detta examensarbete har legat i att presentera så många tänkbara metoder att nödbromsa ett fordon som möjligt, och sedan presentera en utförlig jämförelse mellan dem. Tanken är att denna rapport skall kunna verka som underlag för fortsatt arbete i ämnet och i debatter rörande trafiksäkerhet. Vidare är ett av syftena med detta arbete att belysa vad som faktiskt är möjligt ur ett Radikalt förkortad bromssträcka 1

10 tekniskt perspektiv, och kanske påvisa att bollen gällande fordonssäkerhet ligger hos konsumenter, politiker och beslutande organ inom fordonsindustrin. 2

11 2. Bakgrund och historia Studerar man teknikhistorien slås man ganska snabbt av industrins konservatism. Enligt den amerikanska tidsskriften Popular Science hade det redan 1946 utförts framgångsrika tester med bromsraketer monterade på personbilar [2]. Föreslår man detta för medmänniskor idag blir många skeptiska med synpunkter som att raketer kan ju explodera, eldstrålen kan skada folk osv. Liknande resonemang drabbade krockkudden innan den tilläts in i våra vägfordon, men numera är det en mycket populär uppfinning tack vare sin fina statistik. Detta för att industrin vågade satsa på den och tillät den överleva sina barnsjukdomar. Ett kanske mer aktuellt exempel är att det redan 1977 pratades om och testades ABS-bromsar på motorcyklar [3], något som inte förrän under de senaste åren har slagit igenom på bred front Hur kan det komma sig att teknik som fungerar och kan rädda liv, behöver ytterligare drygt trettio år innan den accepteras av industrin och konsumenterna? En motorcyklist tillfrågades om detta och han förklarade att anledningen till att det dröjt så länge innan ABS-bromsar slagit igenom för motorcyklar är att den fysiska låda där bromsen styrs tidigare varit för stor, och först nu har kunnat tillverkas så pass liten att majoriteten av motorcykeltillverkare väljer att införa den på nya modeller. Det som hade vunnits i bromskapacitet ansågs inte tillräckligt för att rättfärdiga den extra vikten och den eventuellt störda designidén. Bland system som mer eller mindre slagit igenom och idag återfinns i många vägfordon kan följande nämnas: Skivbromsar: Den dominerande bromsmetoden idag, går ut på att en rund metallskiva är fast förbunden med hjulen och vid inbromsning aktiveras bromsok som nyper tag i denna metallskiva och på så sätt bromsar skivans och hjulens rotation. ABS: ABS står för Antiblockiersystem, vilket är tyska och inom fordonsindustrin avser låsningsfria bromsar. Statisk friktion är vanligtvis högre än dynamisk friktion, vilket betyder att både bromsverkan och särskilt manöverbarheten på fordonet är bättre om däcken inte bromsas så hårt att de slutar rotera. ABS-systemet låter föraren trampa så hårt denne kan på bromsen och ser själv till att hjulen håller sig precis på gränsen till att låsas. BA/BAS: BA står för Brake Assist, och grundas på en utredning utförd av Mercedes 1992 som visade att 90 % av alla förare i en nödsituation inte trycker tillräckligt hårt på bromsen. Systemet kan mäta olika saker som exempelvis hur fort föraren släpper gasen och applicerar bromsen och därmed inse att det är en nödsituation och hjälpa till att applicera fullt bromstryck. Liknande automatiska bromssystem används ibland i samband med bilradar för att bromsa för annan trafik eller fotgängare. Bilradar: För att fordonet skall kunna fatta kvalificerade beslut vad gäller bromsning krävs information, och med hjälp av radar och kameror kan fordonet (till viss del) uppfatta vad som finns i dess omedelbara omgivning. Bilradarn var i stora drag färdigutvecklad och testad 1978 [4], men ansågs troligen för dyr, vilket har lett till att den ännu inte slagit igenom ordentligt. I dagens läge finns radar och kameror som tillval eller i vissa luxuösare bilmodeller (om de erbjuds överhuvudtaget), men de används främst till parkeringshjälp, bromshjälp i start-stopp situationer i köer och för att identifiera svåruppfattade fotgängare längs vägbanan vid mörkerkörning. Inte ett system i sig men det ska nämnas att vägfordons däck har utvecklats avsevärt över åren, både vad gäller gummiblandningar och mönster så att de skall vara effektivare i olika väderförhållanden och på olika underlag. Om man lämnar vanliga vägfordon (personbilar, bussar, lastbilar) finner man vissa alternativa bromsmetoder. Sportbilar och tävlingsbilar bromsar på samma sätt som vanliga bilar, men med bättre däck, bättre bromsar och framför allt utnyttjar de aerodynamik bättre. Vid högre hastigheter Radikalt förkortad bromssträcka 3

12 spelar det stor roll hur luften flödar kring fordonet och dessa bilar nyttjar detta både till att pressa och att suga ner fordonet mot marken, samt i vissa fall aktivt förändra sitt luftmotstånd så att det bromsar mer när det är önskvärt. Ser man på ännu mer extrema fordon såsom formel 1-bilar finner man egentligen inga drastiska skillnader jämte andra sportbilar. De har ännu bättre däck, med extrema gummiblandningar som blir klibbiga vid brukstemperatur för att ytterligare förbättra friktionskoefficienten. De har starkare bromsar och de utnyttjar den strömmande luften ännu mer med avancerade former och vingar både fram och bak på fordonet. Fokuserar man enbart på bromsen, och inte på förmågan att direkt köra vidare finner man ännu en bromsmetod bland dragracing-bilar. När de kört sin sträcka rakt fram avfyras en eller flera fallskärmar bakom fordonet som med luftmotståndet hjälper till att bromsa fordonet. Även vissa flygplan använder bromsskärmar för att bromsa (vid landning såklart), som komplement till hjulbromsar på landningsställen. Vissa flygplan kör även sina motorer baklänges för att få bromskraft (motriktad jetstråle). På konceptbilen Mercedes ESF 2009 används en så kallad braking bag [5] i samband med en nödbroms. Den utlöses precis innan kollision och består av en gummiklädd platta under fordonet som pressas ner i marken av en airbag. Denna platta lyfter fordonets front lite vilket förhindrar nigning vid själva kollisionen samtidigt som den utökade kontaktytan med marken kombinerat med högfriktionsgummi ger extra bromskraft i utbyte mot manövrerbarhet. En mycket begränsande faktor för hur kraftig inbromsningen får vara är människorna som färdas i fordonet. Om fordonet bromsas till stillastående på för kort tid upplever personerna i fordonet samma krafter som vid en kollision. I trafikverket uppdragsformulering står det att människokroppen tål att fordonet bromsas i 4 g under en sekund, siffror som en tillfrågad biomekaniker ansåg konservativa (på den säkra sidan). Självklart förutsätter detta att lämpliga säkerhetsföreskrifter följts, såsom korrekt användande av säkerhetsbälte. Skulle det bli aktuellt med väldigt effektiva nödbromsmetoder, sådana som bromsar med högre verkan än vad passagerarna själva klarar av, då kan det bli aktuellt att redan i bromssituationen utlösa krockkudden. Det får anses att en kraftig, kontrollerad inbromsning med utlösande av krockkuddar är att föredra framför att kollidera med något, dels ur ett ekonomiskt perspektiv, dels för att man genom att undvika kollision kanske inte blandar in fler personer i olyckan. Att det är bättre att bromsa kraftigt med krockkuddar istället för att kollidera med en fotgängare behöver inte diskuteras. Något som är viktigt att komma ihåg är att vid nästan samtliga olyckor har mänskliga misstag begåtts. Om samtliga förare körde sina fordon utvilade, fokuserade och lugnt och försiktigt så skulle säkerligen de allra flesta olyckor förhindras. Till vilken grad skall tekniken täcka upp för mänskliga misstag? En intressant kommentar gällande detta är att föraren, men vetskap om alla system som skyddar denne, kanske blir mer vårdslös i sin körning. Åsikterna går skilda vägar gällande om ABSbromsar orsakar fler olyckor än de förhindrar, på grund av att vissa förare litar för mycket på systemet och kör mindre försiktigt. I en artikel i Popular Science från 1925 [6] ansågs en genomsnittlig förares reaktionstid innan denne bromsade vara en halv sekund. Nuförtiden anses den i medeltal vara ca en sekund [7]. Beror detta på att förarna i det snart 90 år gamla testet var beredda på att bromsa, på konservativt tänkande i dagens läge, eller på att dagens förare reagerar långsammare på en farlig situation på grund av vetskapen om säkerhetssystem och distraktionen av sekundära system såsom bilradio eller telefonsamtal? Med hjälp av mer och mer datoriserade bilar kan man kanske till slut förkorta 4

13 reaktionstiden till några millisekunder, vilket med bra bromsar och däck skulle innebära en 30 m kortare bromssträcka om man färdades i 100 km/h. En välskriven rapport på samma ämne som denna rapport skrevs i början av 2010, av Brian Fildes och Julie Lahausse vid Monash University i Australien [8]. I den rapporten lyfts mycket bakgrundsinformation och viktiga synpunkter fram, liksom exempel på nya bromsmetoder som försöker etablera sig. Resultatmässigt enar sig författarna bakom experter som säger att en bromsverkan på 1,5 g (50 % förbättring mot dagens bromsar) borde gå att nå rent fysiskt. De föreslår också att denna bromseffekt skall nås med hjälp av en klibbig substans som sprutas på däcken som ökar friktionen, troligtvis i samband med en vinge/kjol (spoiler) på fordonets front som trycker ned det mot vägbanan. Till skillnad från den australienska rapporten påstår denna rapport att det, rent fysiskt, finns väldigt få begränsningar för hur fort ett vägfordon kan bromsas. Det är inte tekniken som begränsar, det är kringliggande faktorer, som säkerhet, implementerbarhet och ekonomi. En annan skillnad mellan rapporterna är Brian Fildes och Julie Lahausse presenterar förslag på metoder som kan fungera, medan detta arbete går steget längre genom att försöka räkna på de olika bromsmetoderna för att utvärdera deras egentliga bromsverkan för vägfordon. Radikalt förkortad bromssträcka 5

14 6

15 3. Problemuppställning I den grundläggande analysen och de modeller som ställs upp däri gäller följande förutsättningar: Fordonets ursprungliga luftmotstånd bortses helt ifrån eftersom detta är en jämförande utredning och luftmotståndet är (så gott som) lika stort för alla bromsmetoderna. Fordonet är hela tiden utsatt för tyngdaccelerationen g (9,82 m/s 2 ). I ursprungsläge färdas fordonet med hastigheten V på en plan väg. Mellan fordonets däck och väglaget råder en friktionskoefficient μ som beror huvudsakligen på vilka två material som ligger i kontakt. Luften kring fordonet har en densitet ρ på 1,2 kg per kubikmeter. Man kan ställa upp problemet enligt figur 1 nedan. Figur 1 Grunduppställning Ett fordon med massan M färdas med farten V framåt i ett endimensionellt plan. Med hjälp av fordonets vanliga bromsar och en nödbroms skall kraften F bromskraft skapas och fordonet bromsas. Radikalt förkortad bromssträcka 7

16 8

17 4. Bromsmetoder Denna rapport har som tidigare nämnt till uppgift att jämföra olika metoder att nödbromsa ett vägfordon och avgöra vilka av dem som har störst potential. Målsättningen har varit att inkludera alla intressanta bromskoncept, men förutom de metoder som avfärdats direkt finns det säkert flera intressanta och smarta bromsmetoder som oavsiktligt förbisetts i denna rapport. Många av de bromsmetoder som dock finns med har redan figurerat i olika patent men har av olika anledningar inte slagit igenom (ännu). De olika bromsmetoderna som skall jämföras syns här nedan, indelade i kategorier efter deras grundprincip. Ökad friktionskoefficient Bromsplatta Ställbara hjul Klister Ökad normalkraft Lyfta fordonet/vertikal acceleration Magneter Undertryck Luftmotstånd Bromsskärm Bromsvingar Kraft bakåt Bromsraketer Katapult Gripa tag i vägbanan Ankare/Harpun Plog/Spett Ett vägfordons vanliga bromsar fungerar genom att bilens däck hejdas i sin roterande rörelse. Med skivbromsar som idag är dominerande inom fordonsindustrin nyttjas bromsskivor (vanligtvis av metall) som är fast förbundna med hjulen, och som nyps fast av bromsok när bromsen aktiveras. Ju hårdare bromsskivorna nyps, desto större bromsande friktionskraft uppstår. Eftersom däcken är fordonets enda kontaktpunkt mot vägbanan så är denna bromsmetod begränsad av friktionen mellan vägbanan och däcken. Friktionskoefficienten mellan dessa två beror som bekant på däckens utformning, och om vägbanan består av torr asfalt, grus, is eller något annat. I figur 2 nedan kan man se hur krafterna påverkar fordonet. Radikalt förkortad bromssträcka 9

18 Figur 2 Bromsverkan med vanliga bromsar Om fordonets vikt är fördelat över fyra däck så kan den totala bromskraften beskrivas med ekvation 1, F friktion = 4 1 mg μ = mg μ (1) 4 där μ är friktionskoefficienten mellan däcken och väglaget, m är fordonets massa (i kg) och g är tyngdaccelerationen. För personbilar på torr asfalt ligger μ mellan 0,7 och 1 [9]. I denna rapport tilldelas μ värdet 1 vilket ger att vanliga bromsar motsvarar en bromskapacitet på 1g eller 9,82 m/s 2. Anledningen till at friktionskoefficienten tilldelas värdet 1 istället för 0,7 är att de föreslagna nödbromsmetoderna skall jämföras med så bra konventionella bromsar som möjligt. 4.1 Ökad friktionskoefficient I de bromsmetoder som presenteras nedan försöker man på olika sätt förbättra friktionskoefficienten mellan däcken och vägbanan. Alla metoderna under denna rubrik beräknas på samma sätt, med ekvation 1. Det enda som ändras är friktionskoefficienten μ Bromsplatta Om man studerar ekvation 1 ovan så finner man inga tecken på att bromskraften kommer att bli större om man ökar kontaktytan. Detta kan förklaras som att friktion egentligen är små, små ojämnheter i material som fastnar i varandra. Vid högt tryck pressas ytorna ihop hårdare och de få ojämnheter som agerar fastnar hårt i varandra. Ökar man kontaktytan så minskar trycket och de många ojämnheter som agerar fastnar inte lika hårt i varandra, se figur 3. Detta ger att kontaktytan inte spelar roll för friktion. 10

19 Figur 3 Samma friktionskraft för olika areor (vid samma kraft N) Samtidigt är det kanske känt att sportbilar har bredare däck för att få bättre grepp. Hur hänger detta ihop? Jo, det har med friktionskoefficienten att göra. Precis i kontaktpunkten mellan däcket och vägbanan utvecklas stora mängder värme, och när gummit i vanliga däck blir för varmt så sjunker friktionskoefficienten och bilen förlorar bromskraft. Med bredare däck fördelas värmen över mer material och samma höga temperaturer nås aldrig. Omfattande sökande på internet antyder att temperaturen kan påverka friktionskoefficienten med 5-20 %, vilket inom detta arbete jämförelsevis motsvarar en väldigt liten förbättring. Dessutom gäller för vissa gummiblandningar att den verkliga kontaktytan med underlaget faktiskt ökar när den synliga kontaktytan ökar [10]. Det annars linjära förhållande som beskrivs i figur 3 gäller inte längre för dessa gummiblandningar. För mer ingående teori bakom friktion, se exempelvis [11]. Anledningen till att man använder det gummi man gör i vanliga däck beror på att däcken inte bara skall ha bra grepp mot vägbanan, utan de skall också vara billiga och slitstarka. Särskilt när det gäller formel 1-däck så är ju inte livslängd ett problem. De däcken skall ju bara användas ett lopp, sedan byter man. Smala däck använder man för att de är effektivare än breda däck vid vått eller löst väglag. Nödbromsmetoden bromsplatta går ut på att en platta pressas ner i marken vid nödbroms, så pass hårt att den tar över majoriteten av bilens normalkraft, se figur 4. Denna platta är sommartid klädd i högfriktionsgummi och vintertid klädd med dubbar. Denna bromsplatta har större kontaktyta med underlaget än vad däcken ursprungligen har, vilket enligt resonemanget ovan kommer ge bättre friktion. En möjlig negativ aspekt ligger i att denna bromsplatta utnyttjar den dynamiska friktionskoefficienten, som är lite lägre än den statiska som används i vanliga fall när däcken inte låser sig (ABS-bromsar). För att bestämma den bromskraft man uppnår med denna bromsmetod används precis samma ekvation som för de vanliga bromsarna, men med en förändrad friktionskoefficient. Radikalt förkortad bromssträcka 11

20 4.1.2 Ställbara hjul Figur 4 En specialiserad bromsplatta ersätter framdäckens bromsverkan Denna bromsmetod går ut på att fordonets däck är uppdelade i en zon med normalt däcksgummi och en zon med högfriktionsgummi för hårda inbromsningar. Se figur 5 nedan. Figur 5 Ställbara hjul med däck bestående av två olika sorters gummi När fordonet nödbromsas vinklas hjulen så att högfriktions-sidan kommer i kontakt med vägbanan och mer bromskraft kan utvinnas jämfört med vanliga däck. Efter avklarad inbromsning vinklas bara hjulen tillbaka och fordonet fortsätter att köra Klister Denna tredje friktionsbaserade bromsmetod gåt ut på att man på kemiskt vis förbättrar friktionen mellan däck och vägbana. Grundkonceptet är att ett för situationen passande klister (eller annan klibbig substans) sprutas direkt på eller precis framför däcken, vilket illustreras i figur 6. Denna metod nämns i Brian Fildes och Laura Lahausses rapport från 2010 [8] men där nämns bara klister 12

21 på bakdäcken, vilket verkar konstigt då ca 70 % (Se Bilaga 1) av bromskraften ligger på framhjulen vid kraftig inbromsning med vanliga bromsar (denna siffra stiger med större bromskraft). 4.2 Ökad normalkraft Figur 6 Klister appliceras på däcken och ökar friktionskoefficienten Metoderna under denna rubrik ämnar på olika sätt öka fordonets normalkraft. Genom att göra detta ökar även friktionskraften Lyfta fordonet/vertikal acceleration Denna metod ökar fordonets normalkraft genom att fordonet lyfts från vägbanan med hjälp av mekaniska eller hydrauliska liftar. Antingen tillåts däcken fortsätta vara fordonets kontaktpunkt mot vägbanan och resten av fordonet lyfts, enligt figur 7, eller så kan fordonet lyftas från marken med hjälp av gummiklädda stöttor som fälls ner. Den nya friktionskraften kan beräknas genom ekvation 2. F friktion = (g + a) m μ (2) där a är fordonets acceleration uppåt, från vägbanan. Radikalt förkortad bromssträcka 13

22 Figur 7 Fordonet lyfts från vägbanan, vilket bidrar till normalkraften Magneter Observera först att denna metod förutsätter att vägbanan är magnetisk, något som idag innebär en enorm ombyggnad av infrastrukturen, men kanske kan bli aktuellt i framtiden i syfte att ladda elbilar samtidigt som de kör på vägarna. Mer specifikt går denna bromsmetod ut på att det i fordonet finns en elektromagnet som kan aktiveras vid nödsituation och att magnetisk kraft då kommer dra fordonet mot vägbanan och öka friktionskraften, se figur 8. Krafturladdningen lär kräva stor effekt som kanske kan ackumuleras under längre tid i kondensatorer, alternativt om elbilens batterier snabbt kan laddas ur. Dock lär elektromagneternas vikt och strömbehov bli ett problem eftersom båda ökar ju större dragningskraft som eftersträvas. Figur 8 Magneter inuti fordonet attraherar vägbanan vilket ökar normalkraften 14

23 Den bromskraft som erhålls av denna metod beskrivs av ekvation 3. F broms = mg + F magnet μ (3) Om förutsättningen magnetisk vägbana gäller (t.ex. med järnhaltig asfalt eller metallskiva under betongyta) ligger en av svårigheterna i att föra elektromagneter så pass nära vägytan att det magnetiska flödet vill slutas via vägbanan. Detta kan förslagsvis åstadkommas med slitytor som släpps ned mot vägbanan i bromsögonblicket, alternativt om magneterna är inkapslade i hjulen, se figur 9. Figur 9 En tänkbar metod att föra magneterna nära vägbanan vore att kapsla in dem i hjulet Undertryck Ett annat sätt att öka fordonets normalkraft är att skapa ett undertryck under bilen. Detta kan åstadkommas med hjälp av att kjolar skärmar av ett område under bilen ur vilket luften snabbt pumpas ut. Efter detta kommer atmosfärtrycket på grund av tryckskillnaden trycka bilen ned mot vägbanan, se figur 10. Den uppenbara utmaningen med denna metod är att skapa undertrycket, ty trots kjolarna kommer omgivande luft via små glipor sugas in i undertrycksutrymmet för att jämna ut tryckskillnaden. Bromskraften beräknas av ekvationerna 4 och 5. Denna teknik har redan använts på formel 1-bilar, närmare bestämt i modellen Brabham bt46b, men dock bara under ett enda lopp innan regelverket förbjöd tekniken [12]. Även venturieffekten utnyttjades för att skapa ground force på formel 1-bilarna. Ground-force fungerar så att den strömmande luften leds in i gångar under fordonet, och har lägre tryck än den omgivande luften på Radikalt förkortad bromssträcka 15

24 grund av sin höga hastighet [12]. Detta är dock inte tillämpbart på vanliga vägfordon på grund av deras relativs sett låga hastighet och krav på markfrigång. F tryckskillnad = A P (4) F broms = (mg + A P) μ (5) Figur 10 Genom att skapa ett undertryck under fordonet pressar atmosfärstrycket ner det mot vägbanan Beräkningen av bromskraften har utförts på följande sätt: Först har en fördröjning på 0,1 sekunder antagits innan systemet är fullt operabelt (dvs. innan underrycksslöjorna är på plats och innan luftpumparna nått full effekt). Därefter har pumparnas pumpkapacitet adderats och börjat pumpa bort luft från det avgränsande området. Detta leder till undertrycket som suger fordonet nedåt. Samtidigt läcker det in luft i springan mellan slöjorna och vägbanan (som har antagits ha en medeltjocklek på 1 mm). Detta betyder att luft fylls på i det avgränsade utrymmet. Algoritmen nedan och ekvationerna 6 till 14 avses klargöra hur beräkningarna gått till. Beräkningsalgoritm 16

25 Bernoullis ekvation för inkompressibel strömning används för att ta reda på lufthastigheten i glipan mellan undertrycksslöjan och vägbanan. P under + 1 ρu 2 2 glipa = P atm + 1 ρu 2 atm 2 (6) {U atm = 0} P under + 1 ρu 2 2 glipa U glipa = 2 (P atm P under ) ρ = P atm (7) (8) Denna hastighet multipliceras med glipans area (höjden gånger omkretsen), vilket ger volymflödet av luft som läcker in. F glipa = U glipa A glipa (9) För att finna det totala flödet luft subtraheras luften som läcker in från pumparnas pumpkapacitet. F tot = F pump F glipa (10) Genom att multiplicera det totala flödet med ett kort tidssteg uppdateras hur mycket luft som pumpats ut ur det avgränsade utrymmet. V bort = V bort + F tot t (11) Den relativa tryckdifferensen beräknas genom att dividera den (effektivt) bortpumpade luftens volym (volymminskningen) med det avgränsade utrymmets totala volym. P = V bort V utrymme (12) Undertryckets bidrag till bromskraften beräknas genom att tryckdifferensen (i Pascal) multipliceras med undertrycksområdets area och friktionskoefficienten. Uttrycket för fordonets totala bromskraft (bortsett luftmotstånd) ser ut så här. F broms = M fordon g + P P atm A utrymme μ (13) För att se hur fordonets hastighet utvecklas divideras bromskraften med fordonets massa och multipliceras med tidssteget. U fordon = U fordon F broms t M fordon (14) Slutligen itereras detta räkneförlopp då mängden luft som läcker in ändras tillsammans med tryckskillnaden. När fordonets hastighet nått noll avbryts beräkningen. Radikalt förkortad bromssträcka 17

26 4.3 Luftmotstånd Luftmotstånd är den kraft som uppstår när något färdas i luft och den strömmande luften verkar bromsande på objektet. Vägfordon är nu för tiden mer eller mindre optimerade för att ha ett så lågt luftmotstånd som möjligt för att kunna köra fortare eller minska bränsleförbrukningen. Följande bromsmetoder går ut på att man på olika sätt ökar fordonets luftmotstånd i bromsögonblicket. Eftersom man använder fartvinden för att bromsa så blir bromsarna mer effektiva ju fortare fordonet färdas Bromsskärmar Bromsskärmar används redan inom en speciell gren av vägfordon, nämligen som bromsmetod på dragster-bilar. Annars återfinns denna bromsmetod främst hos militära flygplan eller rymdfärjor på väg att landa. Metoden går ut på att en eller flera bromsskärmar avfyras från fordonets bakre del. Dessa fångar luften och bromsar fordonet via de vajrar de är fästa vid, enligt figur 11. I denna förenklade beräkningsmodell används skärmens projicerade area mot luftströmmen. Det utgås dessutom från att stationär, inviskös strömning råder. Ekvationerna 15 och 16 nedan har använts för att beräkna bromskraften. F bromsskärm = 1 2 A C d ρ V 2 (15) F broms = 1 2 A C d ρ V 2 + m g μ (16) där m är fordonets massa, g är tyngdaccelerationen, ρ är luftens densitet, A är bromsskärmens area, C d är luftmotståndskoefficienten (1,2 för fallskärm [13]) och V är fordonets hastighet Bromsvingar Figur 11 Med en bromsskärm utnyttjas luftmotståndet för att bromsa fordonet Denna bromsmetod går även den att finna inom befintlig vägfordonsindustri, främst inom motorsport men även i den vanliga bilindustrin. 18

27 Figur 12 Formel 1-bil med vingar både fram och bak (bild av Pete Keen) Förutom i de fall då vingarna enbart är adderade i estetiskt syfte så tjänar de till att med hjälp av luftmotstånd öka fordonets normalkraft, de skall skapa s.k. down-force. På grund av luftens strömning trycks vingarna och fordonet nedåt. I denna bromsmetod avses stora vingar fällas ut som på så sätt skall skapa en bromsande kraft. Finns en sådan vinge på taket ökas även normalkraften, vilket kan ses i figur 13. Figur 13 Med vinge på taket främjas både normalkraften och den direkta bromskraften Bromskraften som erhålls för bromsvingen på fordonets tak kan uttryckas med ekvation 17. F broms = 1 2 A C d ρ V 2 sin α (1 + μ cos α) + m g μ (17) där A är bromsvingens area, C d är luftmotståndskoefficienten (ca 1,2 för rektangulär platta [13]) och α är vinkeln (0 90 o ) mellan bromsvingen och färdriktningen. 4.4 Kraft bakåt Radikalt förkortad bromssträcka 19

28 Dessa metoder går ut på att en bromsande kraft skapas utan att man använder den omgivande luften eller vägbanan Bromsraketer Detta är en väl beprövad och enkel metod. Att driva farkoster med raketer har gjorts förut, både rymdfärjor, flygplan och experimentella vägfordon. Raketer skapar kraft genom att förbränna sitt bränsle och spruta ut avgaserna i väldigt hög hastighet. I detta fall har bromsraketerna riktats snett uppåt framåt för att avgasstrålarna inte skall skada det (eller dem!) som finns direkt framför fordonet, se figur 14. Detta leder till att raketerna dels kommer skapa en direkt verkande bromskraft och dels kommer att öka normalkraften vilket via däckens friktion leder till ökad bromsverkan. Bromskraften kan beskrivas med ekvation 18. F broms = mg μ + F raket (μ sin α + cos α) (18) där α är vinkeln mellan raketerna och färdriktningen. Figur 14 Bromsraketerna är riktade snett uppåt för att inte bränna det som befinner sig framför fordonet Katapult Denna metod går ut att det vid nödbroms avfyras en för situationen oviktig del av fordonet framåt, vilket orsakar en bromsande reaktionskraft på fordonet, se figur 15. Detta innebär tyvärr att de delar som fortsätter framåt kommer att få ännu högre hastighet. Bromskraften kan uttryckas med ekvation

29 F katapult = V dödvikt V original M dödvikt t avfyrning (19) där tavfyrning är den tid det tar att skjuta iväg dödvikten, och även den tid som Fbroms kommer att verka på kupén. Efter denna tid är kupén utlämnad till de vanliga bromsarna. Vdödvikt är farten dödvikten kommer ha efter att ha skjutits iväg, Voriginal är ekipagets fart innan bromsen slår till och mdödvikt är vikten på dödvikten som skjuts iväg. Figur 15 En vikt avfyras framåt och reaktionskraften bromsar fordonet. 4.5 Gripa tag i vägbanan Följande bromsmetoder tillhör de lite mer extrema och går ut på att fordonet på olika sätt griper tag i vägbanan. Några beräkningar har inte i detta första skede utförts på dessa metoder, då sådana beräkningar skulle baseras på vägbanans hållfasthet och benägenhet att gå sönder vid vissa hastigheter, vilket är avancerat och tar tid Ankare/Harpun Denna bromsmetod är den som är skonsammast mot asfalten, men som kan vara en större fara för vad som döljer sig under det översta skiktet av vägbanan. Metoden går ut på att en harpun avfyras från fordonets undersida som förankrar sig i vägbanan. Detta (i all praktisk bemärkelse) ankare är förbundet med fordonet på något vis. Exempelvis genom en stålvajer eller annan lina som löper ut från en mycket hårt bromsad trissa, se figur 16. Bromskraften beskrivs enkelt med ekvation 20. Radikalt förkortad bromssträcka 21

30 4.5.2 Plog/Spett Figur 16 En harpun har förankrat sig i vägbanan och används för att bromsa. F broms = mg μ + F ankare (20) Denna destruktiva metod består av att fordonet vid nödbroms antingen fäller ner en plog som likt klor gräver sig ner i asfalten, se figur 17, eller skjuter ut ett eller flera spett nedåt under fordonet som skär genom vägbanan. Hur stor bromskraften blir beror på hur vägbanan ser ut och på hur långt man gräver ner klorna eller spetten. Bromskraften beräknas precis som ankar/harpun-metoden med ekvation 20, med Fankare ersatt av Fplog. Figur 17 En plog griper tag i vägbanan och bromsar fordonet. 22

31 5. Resultat I jämförelsen mellan metoderna är det viktigt att göra lämpliga jämförelser. Dessa tre grundfrågor står till grund för de jämförande beräkningarna: 1. För att halvera bromssträckan vid 100 km/h, vad krävs av bromsmetoderna? 2. Om man ser till rimliga gränser för kostnad, säkerhet och implementerbarhet, hur bra blir bromssträckan från 100 km/h för varje metod? 3. Hur förändras bromskapaciteten från grundfråga 2 vid halt väglag (µ=0,4)? Vad blir den nya bromssträckan? Utöver dessa tre grundfrågor har varje nödbromsmetod betygsatts i kategorierna säkerhet, kostnad, implementerbarhet och bromskapacitet. Betyget 1 betyder dåligt och betyget 5 betyder bra. 5.1 Vanliga bromsar Detta är en väldigt enkel, billig och ganska effektiv bromsmetod. Dess enda nackdel är att den ibland inte är effektiv nog, och det är därför hela detta arbete utförs. 1. Detta är referensbromsmetoden och kan därför inte användas till att halvera bromssträckan. 2. Denna bromsmetod begränsas helt av friktionen mellan vanliga däck och vägbana, och har optimerats under lång tid för att balansera faktorer som väghållning, livslängd och pris. Bromssträckan för 100 km/h blir ca 39 meter. 3. Med vanliga bromsar så minskar bromskraften proportionellt med friktionskoefficienten, vilket i detta fall skulle leda till en minskning till 40 % av den ursprungliga bromskraften (när µ ändras från 1,0 till 0,4). Detta motsvarar i aktuellt fall en ökning i bromssträcka från 39 till 98 meter! 5.2 Bromsplatta Eventuella generella svårigheter med denna metod innefattar att den kinetiska friktionen nyttjas istället för den lite större statiska friktionen, genom att bromsplattan glider mot underlaget. Vidare föreslås bromsplattan placeras långt fram på fordonet för bromskapacitetens skull då den nigning som uppstår under inbromsning hjälper till att öka bromskraften. Eftersom en del av vikten fortfarande ligger på bakdäcken stabiliserar de fordonet under inbromsningen. 1. Det krävs att bromsplattan med hjälp av specialanpassat gummi och större kontaktyta kan uppnå en ny friktionskoefficient på 2,0, om vi bortser från eventuella tidsfördröjningar innan nödbromsen börjar verka. 2. Om det utgår från att en friktionskoefficient på maximalt 2 kan uppnås med specialanpassat gummi och större kontaktyta nås en bromskapacitet på 2 g, vilket ger en bromssträcka på ca 19,5 meter. 3. Denna bromsmetods bromskapacitet förändras proportionellt med friktionskoefficienten. Vid halt väglag försämras bromskapaciteten och bromssträckan ökar från 19,5 till 48 meter, om en ursprunglig friktionskoefficient på 0,4 antagits, som med denna metod höjs till 0,8. Radikalt förkortad bromssträcka 23

32 Vintertid skulle bromsplattan dock kunna vara klädd med dubbar vilka skulle ge en avsevärt bättre bromskapacitet på snö och is. Hur fordonets hastighet ändras över bromssträckan både för vanliga bromsar och den aktuella bromsmetoden kan ses i graf 1. Även fallet med halt väglag är inkluderat. Graf 1 Bromsförlopp för bromsplatta jämfört med vanliga bromsar Betyg bromsplatta: Säkerhet: 4 Denna metod utgör väldigt små risker. Den enda risken är att en person eller ett djur skulle hamna under fordonet i nödbromsningsögonblicket och klämmas mellan bromsplattan och vägbanan. Denna bromsmetod påverkar inte omgivande trafik, vilket är bra. Kostnad: 3 Denna bromsmetod är konstruktionsmässigt ganska billig, då själva metallkonstruktionen är tämligen enkel. Ser man till den extra vikten så borde den kunna hamna någonstans mellan 20 och 50 kg. Efter bruk kanske själva gummiytan på plattan måste bytas ut. Implementerbarhet: 3 Detta är en ganska okonstlad konstruktion som endast kräver mindre ombyggnader av fordonet gällande infästningar och lyftpunkter. Kanske skulle en teleskopkonstruktion med hoptryckt fjäder vara tillräckligt för att avfyra bromsplattan och pressa ner den mot vägbanan. Bromskapacitet: 2 Denna metod begränsas av gummiblandningens maximala dynamiska friktion. Att ha en stor bromsplatta är dåligt vid lösa vägbanor då man vill att däcken skall gräva ner sig till fastare material. Dessutom kan det vara svårt att anpassa plattan till att vara bra vid både torrt och vått väglag, men vintertid kan bromsplattan kläs med dubbar. 24

33 5.3 Ställbara hjul Tekniken bakom denna metod finns tillgänglig redan i dagens läge, i Mercedes konceptbil F400 Carving, se figurerna 18 och 19. Bilens hjul vinklas i kurvor vilket, tillsammans med att däcken är uppdelade i två zoner, ger bättre väggrepp. På denna sportbil är syftet med de ställbara hjulen dock inte att förkorta bromssträckan, utan att förbättra bilens kurvtagningsförmåga. Figur 19 - Mercedes F400 Carving (Copyright DaimlerChrysler) Figur 18 - Hjulen vinklas vid behov (Copyright DaimlerChrysler) 1. Det krävs att högfriktions-zonen på däcken har dubbelt så bra friktionskoefficient som de vanliga däcken, förutsatt att omställningen mellan däckszonerna sker omedelbart. 2. Om en friktionskoefficient på 2,0 kan uppnås med hjälp av bättre gummi blir bromssträckan 19,5 meter, hälften av vad den är för vanliga däck och bromsar. 3. Denna metod påverkas, liksom bromsplattan, proportionellt av friktionskoefficienten. Vid halt väglag och en ursprunglig friktionskoefficient på 0,4 (som med denna metod höjs till 0,8) nås en bromssträcka på 48 meter. Hur fordonets hastighet ändras över bromssträckan både för vanliga bromsar och den aktuella bromsmetoden kan ses i graf 2. Även fallet med halt väglag är inkluderat. Radikalt förkortad bromssträcka 25

34 Graf 2 Bromsförlopp för ställbara hjul jämfört med vanliga bromsar Betyg ställbara hjul: Säkerhet: 5 Denna metod presenterar inga ökade säkerhetsrisker jämfört med vanliga bromsar, förutsatt att allt är korrekt konstruerat. Kostnad: 3 Förutom konstruktionskostnader och krav på omdesign av däck måste de befintliga bromsoken och bromsskivorna dimensioneras till att klara av den förhöjda friktionen. Däremot blir driftskostnaderna för denna bromsmetod låga då konstruktionerna inte väger så mycket och eftersom systemet är återanvändbart. Implementerbarhet: 4 Tekniken med olika gummi på ett och samma däck finns redan i nuläget, bl.a. Michelin har i ett däck kombinerat två gummisorter där den ena är bra för torrt väglag och den andra är bra för vått väglag [14]. Även tekniken med ställbara hjul finns som tidigare nämnt också idag om än på konceptstadium, i Mercedes F400 Carving. Att all nödvändig teknik redan finns och är utvecklad gör denna bromsmetod betydligt enklare att implementera. Bromskapacitet: 2 Denna metods bromskapacitet beror helt på hur mycket friktionskoefficienten kan höjas med bättre gummi. Till skillnad från metoden med bromsplatta nyttjas här den statiska friktionen, vilken för specialdäck kan nå uppåt 2,0 i friktionskoefficient (på vissa tävlingsbilar). Tyvärr är det troligen svårt att kombinera bra bromsverkan både för torrt och vått väglag. 5.4 Klister Efter kortfattade konversationer med flera limexperter har följande slutsats formulerats: Denna bromsmetod utgör en väldigt ovanlig tillämpning av klister, och endast ett fåtal tillgängliga limsorter har potential att, med viss modifikation, visa sig tillämpbara. Då det är en relativt ny tillämpning som kräver praktiska försök för verifiering har inga beräkningar utförts. 26

35 1. Det krävs att en friktionskoefficient på 2,0 är möjlig med klister. 2. Förutsatt att en friktionskoefficient på 2,0 är möjlig erhålls en bromssträcka på 19,5 meter. 3. Hur denna bromsmetod påverkas av halt väglag beror helt på klistret. Ett möjligt olyckligt scenario är att väta helt saboterar adhesionen och istället gör klistret smörjande. I grafen nedan har klistret antagits fungera lika bra vid halt väglag som vid torrt, vilket innebär en fördubbling av friktionskoefficienten. Hur fordonets hastighet ändras över bromssträckan både för vanliga bromsar och den aktuella bromsmetoden kan ses i graf 3. Även fallet med halt väglag är inkluderat. Betyg klister: Graf 3 Bromsförlopp för klister jämfört med vanliga bromsar Säkerhet: 5 Bortsett från eventuell miljöpåverkan och eventuella problem med klisterrester på vägbanan utgör denna bromsmetod inga ökade säkerhetsrisker. Visar det sig att klistret verkar smörjande vid väta kan det utgöra en säkerhetsrisk. Kostnad: 4 Moduler som sprejar lim på däcken är, tekniskt sett, en ganska rättfram lösning. Bromsmetoden som helhet innebär låg extravikt, vilket håller driftskostnaden nere. Beroende på klistret måste kanske hållbarhet beaktas, och klistret måste fyllas på efter genomförd nödbromsning. Slutligen måste fordonets vanliga bromsar förbättras för att dra nytta av den ökade friktionen mellan däcken och vägbanan. Implementerbarhet: 4 Förutom att de vanliga bromsarna behöver dimensioneras om är klistermodulerna bara att fästa på fordonet. Bromskapacitet: 2 Radikalt förkortad bromssträcka 27