Överstyrning på is och snö med olika vinterdäck Metodutveckling och fältstudie

Transkript

1 VTI rapport 78 Utgivningsår Överstyrning på is och snö med olika vinterdäck Metodutveckling och fältstudie Mattias Hjort Fredrik Bruzelius Håkan Andersson

2

3 Utgivare: Publikation: VTI rapport 78 Utgivningsår: Projektnummer: 488 Dnr: / Linköping Projektnamn: Överstyrningstest med vinterdäck Författare: Mattias Hjort, Fredrik Bruzelius och Håkan Andersson Uppdragsgivare: Skyltfonden Titel: Överstyrning på is och snö med olika vinterdäck metodutveckling och fältstudie Referat (bakgrund, syfte, metod, resultat) max ord: Trafikolyckor vintertid karaktäriseras i högre grad än olyckor sommartid av att föraren tappar kontrollen över fordonet och en sladdsituation uppstår. I en studie av Trafikverket visas att för dödsolyckor som inträffat under vintersäsong så hade föraren fått sladd i 4 % av de olyckor som inträffat på vinterväglag. Av dessa var 8 % så kallade överstyrningsolyckor, dvs. sådana där föraren fått rotation på fordonet. Syftet med denna studie var att ta fram en metod för provning av ett fordons stabilitet vid överstyrning på halt underlag samt att testa hur stor skillnad olika typer av däck gör för stabiliteten vid halt väglag. En testmetod baserat på NTHSA:s sine-with-dwell-manöver togs fram. Manövern använder en rattrobot som med en precis styrmanöver framkallar kraftig överstyrning även på hala underlag som is och snö. Manövern användes sedan på en bakhjulsdriven personbil med antisladdsystem, utrustad med både nya och slitna vinterdäck av de tre olika typer som förekommer, för att jämföra hur mycket överstyrning som går att åstadkomma vid en styrmanöver med de olika däcken på olika is- och snöytor. Resultaten visar att på blank is har dubbdäcken en klar fördel. Även det rejält slitna dubbdäcket, med endast ett fåtal dubbar kvar, klarar sig bra jämfört med de odubbade däcken. Det slitna dubbdäcket är jämförbart med det nya odubbade däcket av nordisk typ och klart bättre än det nya däcket av centraleuropeisk typ. Däcken av centraleuropeisk typ sticker ut på detta underlag som de som genererar mest överstyrning. På underlag med högre friktion, som ruggad is och snö, är det däcken med minst väggrepp som genererar minst överstyrning, vilket gör att en tolkning av testresultaten i termer av trafiksäkerhet är svår att göra. För detta måste en avvägning mellan styrförmåga och den inducerade överstyrningen göras, vilket är komplicerat och kräver fortsatta studier. Nyckelord: vinterdäck, däck, överstyrning, sine-with-dwell, testmanöver, dubbat, odubbat, nordiskt vinterdäck, centraleuropeiskt vinterdäck ISSN: Språk: Antal sidor: 47- Svenska 48 + bilagor

4 Publisher: Publication: VTI rapport 78 Published: Project code: 488 Dnr: /5-5 SE Linköping Sweden Project: Överstyrningstest med vinterdäck Author: Mattias Hjort, Fredrik Bruzelius and Håkan Andersson Sponsor: Skyltfonden Title: Oversteering on ice and snow with different winter tyres Method development and field study Abstract (background, aim, method, result) max words: Traffic accidents during winter time are to a larger extent categorized by loss of vehicle control resulting in a skidding accident, compared to accidents occurring summer time. In a study by the Swedish Transport Administration, it was shown that for fatal accidents happening winter time, skidding had occurred in 4% of the accidents on winter road conditions. Out of these, 8% were so called over steering accidents, i.e. events where the vehicle starts to spin. The purpose of this study was to develop a method for testing a vehicle's stability during oversteering on slippery roadways, and to use this method to test how large the difference is between different kinds of winter tyres on ice and snow. A test method based on NTHSA's sine with dwell manoueuvre was developed. The manouevre uses a steering robot and induces heavy oversteering on slippery surfaces, such as ice and snow. The manouevre was then used with an ESC equipped back wheel driven passenger car, fitted with both new and worn winter tyres of the three different kinds that are available in Sweden, to compare the level of oversteering that is possible to obtain with a steering manouevre on different ice and snow surfaces. The results show that studded tyres are more stable than unstudded on smooth ice. Even the worn studded tyre, with only a fraction of the studs remaining, is performing well compared to the unstudded tyres, and is comparable to a new unstudded winter tyre of Nordic type and much better than the tyres of Central European type. The winter tyres of Central European type stands out as those generating the most oversteering on this surface. On surfaces with higher friction level, the tyres with the least grip are also those that generates the least oversteering, which makes it difficult to discuss those results in terms of traffic safety. To do that it is necessary to also take into account the steering ablility of the tyres, which is complicated and would require further studies. Keywords: Winter tyre, oversteering, sine-with-dwell, spin-out, test manouevre, studded, unstudded, Nordic winter tyres, Central European tyres ISSN: Language: No. of pages: 47- Swedish 48 + Appendices

5 Förord Slutrapporten är framtagen med ekonomiskt stöd från Trafikverkets Skyltfond. Ståndpunkter och slutsatser i rapporten reflekterar författaren och överensstämmer inte med nödvändighet med Trafikverkets ståndpunkter och slutsatser inom rapportens ämnesområde. Mattias Hjort, VTI, har varit projektledare och huvudförfattare. Tillsammans med Fredrik Bruzelius, VTI, och Håkan Andersson, VTI, har testmetoder tagits fram och tester utförts. Författarna vill rikta ett tack till Sven-Åke Lindén, VTI, som har assisterat vid testerna. Ett tack också till Roland Jacobsson, VTI, för tillverkning av de specialinstrument som krävdes och Anders Andersson, VTI, för genomförande av simuleringarna. Vi vill också tacka Staffan Nordmark, VTI, och Jonas Jansson, VTI, för värdefulla diskussioner samt Johan Strandroth, Trafikverket, och Matteo Rizzi, Vectura, för en genomgång och diskussion av arbetet. Slutligen vill vi tacka Andreas Tapani, VTI, för en noggrann granskning av rapporten och för flera förslag till förbättringar. Linköping, maj Mattias Hjort VTI rapport 78 Omslag: Mattias Hjort, VTI och photos.com

6 Kvalitetsgranskning Granskningsseminarium genomfört --5 där Andreas Tapani, VTI, var lektör. Mattias Hjort har genomfört justeringar av slutligt rapportmanus. Projektledarens närmaste chef Jonas Jansson, VTI, har därefter granskat och godkänt publikationen för publicering -5-. Quality review Review seminar was carried out on 5 February where Andreas Tapani, VTI, reviewed and commented on the report. Mattias Hjort has made alterations to the final manuscript of the report. The research director of the project manager Jonas Jansson examined and approved the report for publication on May. VTI rapport 78

7 Innehållsförteckning Sammanfattning... 5 Summary... 7 Introduktion Bakgrund till studien... 9 Framtagning av testmetod.... Antisladdsystemets funktion.... Överstyrning.... Testmetod för maximal överstyrning... Test: upplägg och genomförande De testade däcken Testutrustning Kör-robot 5.. Mätutrustning. Testutförande... 4 Testresultat Jämförelse med och utan antisladdsystem Polerad is 4.. Ruggad is 4.. Robusttest 4..4 Test av alla däcken låg temperatur Test av de nya däcken hög temperatur 4 5 Diskussion Testmetoden Jämförelse mellan däcken Slutsatser Referenser Bilagor: Bilaga Bilaga Bilaga Mätkurvor Simuleringar Däckdata VTI rapport 78

8 VTI rapport 78

9 Överstyrning på is och snö med olika vinterdäck metodutveckling och fältstudie av Mattias Hjort, Fredrik Bruzelius och Håkan Andersson VTI Linköping Sammanfattning Trafikolyckor vintertid karaktäriseras i högre grad än olyckor sommartid av att föraren tappar kontrollen över fordonet och en sladdsituation uppstår. I en studie av Trafikverket så visas att för dödsolyckor som inträffat under vintersäsong så hade föraren fått sladd i 4 % av de olyckor som inträffat på vinterväglag, Av dessa var 8 % så kallade överstyrningsolyckor, dvs sådana där föraren fått rotation på fordonet. Syftet med denna studie var att ta fram en metod för provning av ett fordons stabilitet vid överstyrning på halt underlag samt att testa hur stor skillnad olika typer av däck gör för stabiliteten vid halt väglag. En testmetod baserat på NTHSA:s sine-with-dwell-manöver togs fram. Manövern använder en rattrobot som med en precis styrmanöver framkallar kraftig överstyrning även på hala underlag som is och snö. Manövern användes sedan på en bakhjulsdriven personbil med antisladdsystem, utrustad med både nya och slitna vinterdäck av de tre olika typer som förekommer, för att jämföra hur mycket överstyrning som går att åstadkomma vid en styrmanöver med de olika däcken på olika is- och snöytor. Resultaten visar att på blank is har dubbdäcken en klar fördel. Även det rejält slitna dubbdäcket, med endast ett fåtal dubbar kvar, klarar sig bra jämfört med de odubbade däcken. Det slitna dubbdäcket är jämförbart med det nya odubbade däcket av nordisk typ och klart bättre än det nya däcket av centraleuropeisk typ. Däcken av centraleuropeisk typ sticker ut på detta underlag som de som genererar mest överstyrning. På underlag med högre friktion, som ruggad is och snö, så är det däcken med minst väggrepp som genererar minst överstyrning, vilket gör att en tolkning av testresultaten i termer av trafiksäkerhet är svår att göra. För detta måste en avvägning mellan styrförmåga och den inducerade överstyrningen göras, vilket är komplicerat och kräver fortsatta studier. VTI rapport 78 5

10 VTI rapport 78

11 Oversteering on ice and snow with different winter tyres Method development and field study by Mattias Hjort, Fredrik Bruzelius and Håkan Andersson VTI (Swedish National Road and Transport Research Institute) SE Linköping Sweden Summary Traffic accidents during winter time are to a larger extent categorized by loss of vehicle control resulting in a skidding accident, compared to accidents occurring summer time. In a study by the Swedish Transport Administration, it was shown that for fatal accidents happening winter time, skidding had occurred in 4% of the accidents on winter road conditions. Out of these, 8% were so called over steering accidents, i.e. events where the vehicle starts to spin. The purpose of this study was to develop av method for testing a vehicle's stability during oversteering on slippery roadways, and to use this method to test how large the difference is between different kinds of winter tyres on ice and snow. A test method based on NTHSA's sine-with-dwell manoueuvre was developed. The manouevre uses a steering robot and induces heavy oversteering on slippery surfaces, such as ice and snow. The manouevre was then used with an ESC equipped rear-wheel driven passenger car, fitted with both new and worn winter tyres of the three different kinds that are available in Sweden, to compare the level of oversteering that is possible to obtain with a steering manouevre on different ice and snow surfaces. The results show that studded tyres are more stable than unstudded on smooth ice. Even the worn studded tyre, with only a fraction of the studs remaining, is performing well compared to the unstudded tyres, and is comparable to a new unstudded winter tyre of Nordic type and much better than the tyres of Central European type. The winter tyres of Central European type stand out as those generating most oversteering on this surface. On surfaces with higher friction level, the tyres with least grip are also those that generate least oversteering, which makes it difficult to discuss these results in terms of traffic safety. To do this it is necessary also to take into account the steering ability of the tyres, which is complicated and would require further studies. VTI rapport 78 7

12 8 VTI rapport 78

13 Introduktion. Bakgrund till studien Trafikolyckor vintertid karaktäriseras i högre grad än olyckor sommartid av att föraren tappar kontrollen över fordonet och en sladdsituation uppstår. I en studie av Trafikverket (Strandroth et al., ) så visas att för dödsolyckor som inträffat under vintersäsong så hade föraren fått sladd i 4 % av de olyckor som inträffat på vinterväglag, vilket kan jämföras med 8 % för de olyckor som inträffat på torrt eller vått väglag. Bland sladdolyckorna på vinterväglag så var 8 % av olyckorna så kallade överstyrningsolyckor, dvs. sådana där föraren fått rotation på fordonet. En anledning till att denna typ av olycka dominerar statistiken bland dödsolyckorna är att den ofta leder till en sidokollision vilket normalt får allvarligare konsekvenser än en frontalkollision. Dubbdäck är generellt mer motståndskraftiga mot överstyrning på isunderlag jämfört med odubbade vinterdäck då de på grund av dubbarna tål större styrvinklar innan de tappar sidgreppet (Nordström 4, Hjort, 5). Detta framgår också i Trafikverkets studie av dödsolyckor. Där var 49 % av olyckorna på vinterväglag med dubbdäck överstyrningsolyckor, jämfört med 5 % för odubbade vinterdäck. Introduktionen av antisladdsystem i fordonen har betytt mycket för trafiksäkerheten. Man uppskattar att introduktionen av antisladdsystem har minskat antalet singelolyckor med dödlig utgång internationellt med 5 % för personbilar utrustade med antisladdsystem och mellan 5 7 % för stadsjeepar (Ferguson, 7). Några studier har också funnit att antisladdsystem är extra effektiva vid vått eller isigt väglag (Lie et al., 4, ; Thomas, ). I Trafikverkets studie av dödsolyckor (Strandroth et al., ) så var endast ett fåtal av fordonen i olyckorna utrustade med antisladdsystem vilket kan tyda på att sladdolyckor, och då speciellt överstyrningsolyckor, som leder till dödsolyckor är ett problem som kommer att minska i omfattning i takt med att antisladdsystem blir mer utbrett i fordonsflottan. I den svenska databasen för skador och olyckor inom vägtransportsystemet (STRADA) så saknas idag uppgifter om fordonens däck vilket innebär att det inte går att få en direkt koppling mellan däck och risken för överstyrningsolyckor från det materialet. VTI har tidigare genomfört en studie (Hjort och Andersson, 9) där däckens inverkan vid en hastig undanmanöver med antisladdutrustade fordon på isigt underlag undersöktes. Man kom då fram till att det var stor skillnad i prestanda mellan de testade däcken, där de odubbade vinterdäcken av så kallad centraleuropeisk typ var mer sladdbenägna än det odubbade vinterdäcket av så kallad nordisk typ. Testmanövern, som utfördes med testförare, var inte ett renodlat test för överstyrning, utan inbegrep också ett visst mått av understyrning. Syftet med denna studie har varit att undersöka rent tekniskt hur stor inverkan valet av däck kan ha på ett antisladdutrustat fordons benägenhet för att råka ut för överstyrning. Mer specifikt ville vi undersöka hur mycket överstyrning som är möjligt att åstadkomma med olika typer av däck på halt underlag. Då det inte finns någon standardmetod för att mäta möjlig överstyrning på halt underlag behövde vi ta fram en lämplig testmetod. Ett test av ett fordons stabilitet vid överstyrning är nära kopplat till test av antisladdsystem. De metoder som tagits fram för test av antisladdsystems prestanda kan delas in i två typer: Förarlösa tester med robot och tester med testförare. Den senare typen är lättare att direkt koppla till en viss typ av trafiksituation och är enklare för att göra direktjämförelser mellan olika fordon. Att använda förarrobot är dock att föredra ur VTI rapport 78 9

14 flera aspekter, som kontrollerbarhet, repeterbarhet och möjlighet till en mer generell testmetod, men det saknas metodik för att jämföra olika fordon med varandra. NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration) i USA har tagit fram en testmetod kallad sine-with-dwell för de acceptanstester av antisladdsystem som nya bilar i USA måste passera from. Sine-with-dwell är gjord för att försätta ett fordon i en situation med kraftig överstyrning, men NHTSA fokuserar enbart på jämförelsen med och utan antisladdsystem för ett och samma fordon. Metodiken är inte avsedd för att jämföra prestanda mellan olika fordon och inte heller jämföra inverkan av olika däck på samma fordon. Metoden för våra tester ska kunna användas för att jämföra olika fordon med varandra och möjliggöra en jämförelse av den inverkan av olika typer av däck har på ett fordon. Då förartester riskerar att bli för speciella för att ge en bred bild av hur fordonet presterar var vår utgångspunkt att testmetoden skulle använda en förarrobot. Vidare så skulle den bygga på sine-with-dwell-manövern då denna visat sig lämplig för att framkalla kraftig överstyrning och är en standardmetod i USA. Både manöver och metodik skulle dock behöva modifieras för tester på lågfriktion och för att kunna användas för våra syften. Efter att testmetoden tagits fram skulle den användas för att testa de tre olika kategorierna av vinterdäck: dubbdäck, odubbade nordiska vinterdäck samt odubbade centraleuropeiska vinterdäck, både nya och slitna, på några olika hala vinterväglag på testbana, i syfte att testa betydelsen av däckval. Projektet utfördes i två delar:. Utveckling av testmetodik. Sine-with-dwell-manövern simulerades för låg friktion med hjälp av fordonsdynamiksimuleringar. Detta för att få kunskap om hur manöver skulle kunna modifieras och utvärderas innan vi fick tillgång till fälttester på bana. Dels ville vi se om det gick att få överstyrning med ett i grunden understyrt fordon på homogen testbana med låg friktion endast med rattutslag. Vi ville också få en uppfattning om hur stor skillnad man kunde förvänta sig mellan olika typer av däck. Manövern trimmades sedan in på testbana.. Genomförande av robottesten på provbana med is och snö. Endast ett fordon användes. Tre typer av vinterdäck: dubbdäck, nordiskt dubblöst vinterdäck och centraleuropeiskt vinterdäck. Ett nytt samt ett slitet däck av varje innebar totalt olika däck. Tre olika typer av underlag användes: hal slät is, ruggad is och packad snö. Det är viktigt att notera att vår studie inte var ämnad att jämföra de specifika däckmärken eller modeller som använts i testet. Då vi bara hade ett däck av varje sort kan vi inte heller dra generella slutsatser om de olika kategorierna av däck. Denna studie ska ses som en pilotstudie för att ge svar på några grundläggande frågor (se resultatavsnittet) och för att förhoppningsvis kunna fånga upp trender när det gäller överstyrning mellan de olika typerna av däck, likväl som nya och slitna. Då det är en ny testmetod som tagits fram är det svårt att dra tydliga slutsatser angående trafiksäkerhetsaspekter från de uppmätta skillnaderna mellan däcken. Rapporten är uppdelad så att framtagningen av testmetod beskrivs i kapitel, upplägg och genomförande av testerna i kapitel och testresultaten i kapitel 4. I kapitel 5 diskuteras testmetoden och vilka slutsatser vi kan dra av testresultaten. Detaljerade mätkurvor över mätningarna och resultaten från simuleringarna ges i bilagor. VTI rapport 78

15 Framtagning av testmetod. Antisladdsystemets funktion Ett antisladdsystems uppgift är att hjälpa föraren att behålla fordonets stabilitet. Det innebär att fordonet ska följa den kurs föraren önskar utan att spinna runt (överstyrning) eller gå rakt fram i en kurva (understyrning). För att åstadkomma detta använder systemet bromsarna på enskilda hjul för att kontrollera fordonets girrörelse. Med girrörelse menar man den rotation ett fordon utför runt en tänkt axel vinkelrät mot marken. Vid körning med konstant hastighet på en rak väg gör inte antisladdsystemet någon nytta. Det är först när fordonet styrs in i en kurva, vid körfältsbyten, vid undvikande av ett hinder eller liknande som systemet aktiveras. Två typiska situationer som kan uppstå vid en kurvtagning är överstyrning och understyrning. Figurerna nedan visar den grundläggande metoden för hur ett antisladdsystem hanterar dessa två situationer. Hantering av överstyrning i en kurva Systemet ansätter bromsarna på ett eller båda yttre hjulen för att ge bilen ett vridande moment som är motriktat den girrotation som överstyrningen gett upphov till. Detta moment hindrar bilen från att rotera in i kurvan och man undviker bakvagnsställ. Figur Kurvtagning med och utan antisladdsystem vid överstyrning. Hantering av understyrning i en kurva Systemet ansätter bromsen på det inre bakhjulet för att ge bilen ett vridande moment i kurvans riktning. Detta moment undertrycker understyrningsbeteendet och hindrar bilen från att köra rakt fram i kurvan. VTI rapport 78

16 Figur Kurvtagning med och utan antisladdsystem vid understyrning. Ett antisladdsystem fungerar genom att kontinuerligt mäta fordonets girrotationshastighet (definieras senare), rattutslaget och fordonets hastighet. Rattutslaget och fordonets hastighet används för att beräkna den gir-rotationshastighet fordonet borde ha, vilket sedan jämförs med den faktiska gir-rotationshastigheten. Om detta beräknade värde skiljer sig alltför mycket från det uppmätta värdet så skapar systemet ett korrigerande kraftmoment genom att ansätta bromsarna på enskilda hjul. Bland fordonstillverkare finns det olika strategier bakom hur ett antisladdsystem ska ingripa. Några strävar efter att reducera fordonets hastighet under ett ingripande, medan andra enbart fokuserar på fordonets stabilitet. Många minskar dessutom motoreffekten under ett ingripande för att ytterligare sakta ner fordonet. För mer information om antisladdsystem se exempelvis (Linder et al., 7) och (Hjort et al., 9).. Överstyrning Överstyrning definieras inom fordonsdynamiken genom att betrakta ett fordon som kör med konstant hastighet längs en cirkel. För en given kurvradie och hastighet så krävs för varje fordon en specifik rattvinkel. Om fordonets hastighet ökas så kan det kräva en ändring av rattvinkeln för att det fortfarande ska följa samma cirkelbana. Om rattvinkeln måste ökas sägs fordonet vara överstyrt Om rattvinkeln måste minskas sägs fordonet vara understyrt Om ingen ändring av rattvinkeln krävs sägs fordonet vara neutralstyrt. Överstyrning är alltså i grunden en fordonsegenskap som är kopplad till fordonets beteende vid en hastighetsförändring under stationär körning. Så gott som alla personbilar är idag understyrda. Anledningen till det är ökad trafiksäkerhet. Ett överstyrt fordon blir vid en viss kritisk hastighet instabilt. Det går att framföra ett överstyrt fordon i hastigheter lägre än den kritiska, men vid och över den kritiska hastigheten tappar man kontrollen över fordonet. Förlorad kontroll med ett överstyrt fordon leder till att bilens bakända roterar ut och fordonet börjar snurra, en så kallad spin-out. Ett undertyrt fordon som tappar kontrollen tenderar istället att tappa styrförmågan och gå rakt fram, en så kallad plow-out. VTI rapport 78

17 De mest grundläggande orsakerna till att ett fordon är över- eller understyrt är dess axelavstånd, viktfördelning mellan fram- och bakaxel samt framdäckens väggrepp i förhållande med bakdäckens väggrepp (egentligen det laterala väggreppet, dvs. de sidkrafter som däcken kan producera). Även fordonets styrsystem och fjädringssystem har betydelse. Viktfördelningen och väggreppsskillnader är sådant som kan förändras under körning och då påverkas alltså över- och understyrningsegenskaperna. Ett minskat väggrepp på bakhjulen i förhållande till framhjulen gör fordonet mer överstyrt. Därför kan ett fordon som i grunden är understyrt i vissa situationer tillfälligt bli överstyrt, som exempelvis vid acceleration eller bromsning i kurva. Lastöverflyttning från bakaxel till framaxel (vilket inträffar vid bromsning eller släpp på gasen) gör att bakhjulen får mindre grepp. Ett annat exempel är gaspådrag med en bakhjulsdriven bil, där de ökade drivkrafterna på bakhjulen leder till minskat grepp i sidled för bakdäcken. Även lokala variationer i vägens friktion kan påverka. Exempelvis vid körfältsbyte där en snö/is-sträng separerar vägbanorna kommer fram- och bakhjul att tillfälligt ha olika väggrepp. Isfläckar i en kurva är ett annat exempel. För att kunna sätta ett mått på hur mycket ett fordon överstyr i en given situation behöver vi införa en del definitioner och matematiska samband. Se Gillespie, 99 och Wennerström et al., 999 för en mer ingående beskrivning. Betrakta ett fordon som kör i en cirkel med radien R med konstant hastighet v, se figur. v. ψ a Figur Cirkelkörning. Fordonets hastighet v är riktad i cirkelns tangent. För att följa cirkelbanan krävs en acceleration a riktad in mot cirkelns mitt. Accelerationen är entydigt bestämd genom v a () R Samtidigt så utför fordonet en rotation kring sin vertikalaxel. Denna kallas girrotation och girrotationens hastighet, kallad girrotationshastighet, betecknas. Då fordonet har kört ett varv i cirkeln har det samtidigt roterat precis ett varv kring sin egen vertikalaxel, vilket ger att v () R VTI rapport 78

18 Ett fordon som kan följa cirkeln i hög hastighet kommer att ha en hög rotationshastighet, vilket innebär att girrotationshastigheten i sig inte är ett bra mått på huruvida fordonet tappat kontrollen och överstyr. Kombineras ekvation och så får man ett samband mellan acceleration och girrotationshastighet a v () Figur kan vara missvisande för det generella fallet då den illustrerar ett fordon med fronten riktad i rörelseriktningen. I praktiken kommer fordonet i de flesta fall att ha en annan riktning än rörelseriktningen (dvs. riktningen på hastigheten). När accelerationen är låg, vilket innebär stor cirkelradie eller låg hastighet, så kommer fronten att vara riktad ut från cirkeln. När hastigheten ökar så kommer fordonets bakända att driva ut för att bakhjulen ska kunna alstra större acceleration in mot cirkelns mitt, vilket gör att fronten blir riktad in i cirkeln. Detta illustreras i figur 4. Vinkeln mellan fordonets riktning och hastighet benämns slipvinkel β. Varje fordon har en gräns för hur stora slipvinklar det kan hantera innan det tappar kontrollen. Denna maximala slipvinkel varierar mellan olika fordon så slipvinkeln är inte absolut mått på hur nära ett fordon är att tappa kontrollen. v v β β Figur 4 Stationär cirkelkörning vid låg hastighet (vänster) med positiv slipvinkel β och vid hög hastighet (höger) med negativ slipvinkel β. För att se hur ovanstående koncept relaterar till överstyrning så är det vanligt att använda den så kallade cykelmodellen (Gillespie, 99). I den så ersätter man fordonets fram- och bakaxel med var sitt hjul. Stationär cirkelkörning med cykelmodellen illustreras i figur 5. Fordonets masscentrum följer cirkelbanan med hastigheten v. Då fordonet också har en girrotation så skiljer sig hastigheten för fram- och bakhjul från hastigheten i masscentrum. Detta innebär att framhjulet har en egen slipvinkel α f och bakhjulet har på samma sätt en slipvinkel α b. 4 VTI rapport 78

19 v α f β α b Figur 5 Cykelmodellen vid stationär cirkelkörning. Man kan visa att för stationär cirkelkörning gäller att För ett överstyrt fordon är α f < α b För ett understyrt fordon är α f > α b För ett neutralstyrt fordon är α f = α b. Problemet är att hitta ett mått på hur mycket ett fordon överstyr i en given icke-stationär situation, som exempelvis vid en undanmanöver. Det är tänkbart att skillnaden α b α f skulle kunna vara ett bra mått på hur mycket ett fordon överstyr även för icke-stationära förlopp. Tyvärr är det svårt rent mättekniskt att göra tillräckligt noggranna mätningar av slipvinklarna för fram- och bakhjul (speciellt framhjulet). Fordonets slipvinkel i masscentrum, β, är lättare att mäta och ett resultat från cykelmodellen är att b b (4) R där b är avståndet mellan fordonets masscentrum och bakaxel (Gillespie, 99). På underlag med hög friktion kan lastöverflyttningar göra att masscentrum förflyttas vid olika manövrar. På riktigt halt underlag är lastöverflyttningarna små vilket innebär att b är relativt konstant för ett och samma fordon. Därmed finns ett direkt samband mellan fordonets slipvinkel i masscentrum och bakhjulets slipvinkel. Detta är intressant då en för stor slipvinkel på bakhjulet leder till förlorad kontroll med spin-out som följd. Genom att använda ekvation kan ekvation 4 skrivas om till b a b ( ) (5) v För de hastigheter och sidoaccelerationer som uppnås i våra tester är den konstanta termen i ovanstående relation ca. Fordonets slipvinkel β skulle därför kunna vara ett mått på hur kritiskt utfallet av en manöver är, givet att ett och samma fordon används. Det är dock ett sämre mått för att jämföra olika däcks inverkan på manöverutfallet. Anledningen är att olika däck klarar VTI rapport 78 5

20 olika stora slipvinklar α b innan de börjar tappa greppet. Detta framgår tydligt i figur som visar uppmätta sidofriktionskrafter för tre olika däck på blank is. För det odubbade vinterdäcket (grön) och allseason-däcket (röd) så finns en klar gräns vid ca graders slipvinkel där friktionskrafterna minskar när slipvinkeln ökas ytterligare. För dubbdäcket (blå) så ökar däremot friktionskraften med ökad slipvinkel ända upp till grader.. Styrfriktion ( y ).5..5 Dubbdäck Friktionsdäck Terräng/allseason-däck 5 5 Slipvinkel (deg) Figur Sidofriktionens (friktionskraft/normallast) beroende av slipvinkel för tre olika typer av däck på blank is. Från Hjort, 5. Det mest lovande måttet får vi genom att betrakta överstyrning som en situation där fordonet roterar onormalt snabbt, dvs. att girrotationshastigheten är onormalt stor i förhållande till fordonets sidoacceleration. Det normala förhållandet antas råda vid stationär cirkelkörning, dvs. ekvation. Vi inför därför följande definition för överstyrning under en icke-stationär manöver: Fordonet överstyr om v a y Fordonet understyr om v a y där a y är fordonets sidoacceleration i masscentrum. Sidoacceleration används istället för den totala accelerationen för att exkludera den inverkan som bromskrafter (t.ex. motorbroms) kan ha på accelerationen. Den relativa skillnaden kan användas som ett numeriskt mått på hur kraftig överstyrning som uppkommit genom manövern vid en given tidpunkt. v a y M ö () a y. Testmetod för maximal överstyrning Standardtestet för att mäta ett fordons under- eller överstyrningsegenskaper är stationär cirkelkörning. Detta test fångar dock inte upp de tillfälliga förändringar av ett fordons egenskaper som kan ske under en manöver. I USA har National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) tagit fram en testmetod för att kunna avgöra om ett fordon är utrustat med ett antisladdsystem (NHTSA, 7). Testet använder sig av en manöver kallad sine-with-dwell som är utprovad i syfte att försätta ett fordon i en situation med VTI rapport 78

21 extremt mycket överstyrning. Manövern utförs på högfriktionsunderlag (asfalt) och initialt framförs fordonet rakt fram utan rattvinkel vid en fart av 8 km/h. En styrrobot vrider sedan ratten enligt ett specificerat mönster, se figur 7. Ratten vrids först en bestämd rattvinkel (benämnd rattvinkelamplitud) åt ena hållet och sedan snabbt motsvarande rattvinkel åt andra hållet, där den hålls konstant under en halv sekund innan ratten vrids tillbaka till nolläget. Amplitud Rattvinkel 5 ms -Amplitud Figur 7 Rattvinkelutslaget för en sine-with-dwell manöver. Sine-with-dwell (swd) liknar en situation där föraren tvingas till en hastig omkörning i en högerkurva. Det finns dock en stor skillnad mellan robottestet och ett motsvarande test med förare som gör en undanmanöver i kurva: i swd-testet så är syftet inte att följa en förutbestämd väg. I praktiken kommer olika fordon att följa olika vägbanor, så kallade trajektorier. Istället så tittar man på vad som händer efter det att ratten har vridits tillbaka till nolläget. Styrmanövern har resulterat i att fordonet har en hög girrotationshastighet när ratten återställts till neutralt läge. Med noll styrvinkel kommer fordonet att motverka girrotationen för att efter en tid uppnå ett stabilt läge utan girrotation och fordonet färdas då rakt fram. För små värden på rattvinkelamplituden uppnås noll girrotation på ett par tiondels sekunder efter återställning av ratten. När rattvinkelamplituden ökas så resulterar manövern i än mer överstyrning och vid tillräckligt stora amplituder leder detta till en spin-out där girrotationshastigheten förblir hög ett flertal sekunder efter återställning av ratten. Detta illustreras i figur 8, som visar resultat från sine-with-dwell med ett fordon utan antisladdsystem. Om fordonet har ett antisladdsystem så kan den för höga girrotationshastigheten effektivt minskas genom att applicera bromsverkan på ett yttre hjul och spin-out kan undvikas även för stora rattvinkelamplituder, se figur 9. I NHTSA:s test har man satt ett krav på hur snabbt girrotationshastigheten måste minska efter det att ratten återställts till nollvinkel. Kraven är satta så att ett fordon utan fungerande antisladdsystem knappast kan uppfylla dessa. Testet i sig säger dock inget om hur mycket överstyrning som genererats, utan är endast gjort för att skilja fordon med antisladdsystem från dem utan. Rent hypotetiskt skulle det vara möjligt för ett fordon med extremt dålig styrförmåga att klara testet även utan ett fungerande antisladdsystem då Det är också möjligt att fordonet hamnar i en så kallad power slide som karaktäriseras av hög slipvinkel och liten girrotationshastighet. VTI rapport 78 7

22 väldigt låga girrotationshastigheter skulle skapas under manövern. Man har därför också infört ett krav på styrförmågan vilket innebär att fordonet måste förflytta sig en minimisträcka i sidled under manövern. Figur 8 Sine-with-dwell test med ett fordon utan antisladdsystem för olika stora rattvinkelamplituder (SWA).Övre grafen visar rattvinkelutslag och undre grafen den resulterande girrotationshastigheten. Från NHTSA:s tester (NHTSA. ). Figur 9 Sine-with-dwell test med ett fordon med antisladdsystem för olika stora rattvinkelamplituder (SWA).Övre grafen visar rattvinkelutslag och undre grafen den resulterande girrotationshastigheten. Från NHTSA:s tester(nhtsa, ). 8 VTI rapport 78

23 För att testa hur mycket överstyrning som kan åstadkommas på halt underlag så som is och snö så har vi utgått från sine-with-dwell manövern då den visat sig vara effektiv för att framkalla överstyrning på underlag med hög friktion. Problemet med låg friktion är att fordonet tenderar att inte styra alls om ratten vrids med för hög hastighet. På låg friktion så kommer dessutom lastöverflyttningar att vara små. Det är därför en relevant fråga huruvida det ens är möjligt att åstadkomma en överstyrningssituation på riktigt halt homogent underlag med ett understyrt fordon (även utan antisladdsystem) endast genom att applicera styrning. Det går givetvis att framkalla överstyrning med speciella knep som att låsa bakhjulen med handbromsen eller att släppa gasen vid precis rätt tillfälle under styrning. Vi är dock intresserade av en testmanöver som är enkel att utföra och som innebär ett bredare test än nämnda specialfall. Vi utförde datorsimuleringar med fordonsmodellerna från VTI:s körsimulator för att få en uppfattning om det går att få överstyrning på ett homogent isunderlag med sine-withdwell manövern. Fordonsmodellen beskriver en Volvo S4 och är validerad inom det linjära området, vilket innebär manövrar som inte ligger på gränsen till fordonets handlingförmåga. För mer extrema manövrar på underlag med låg friktion så är det främst däckmodellerna som måste justeras, då lastöverflyttningar och eventuella fordonskrängningar antas vara små. Simuleringar med fordonsmodellen kan använda olika däckmodeller, anpassade för ändamålet. Vi använde relativt enkla däckmodeller och resultaten från simuleringarna visade på att det går att få kraftig överstyrning med en sinewith-dwell manöver med ett fordon utan antisladdsystem. Däckmodellerna var inte tillräckligt avancerade för att kunna simulera ett fordon med antisladdsystem, vilket egentligen inte var nödvändigt. Den exakta utformningen av testet skulle ändå behöva göras vid fälttesterna. Resultaten från datorsimuleringarna beskrivs närmare i bilaga. Från de första fälttesterna insåg vi att sine-with-dwell manövern behövde modifieras för att kunna framkalla maximalt med överstyrning. En förare fick utföra en styrsekvens liknande sine-with-dwell och prova sig fram hur ratten skulle vridas för att framkalla spin-out. Alla rattvridningar tillsammans med fordonets respons registrerades i loggdatorn och analyserades. Det framkom tydligt att det första rattutslaget inte fick vara för stort eller för hastigt, medan den andra delen av styrmanövern skulle vara hastigare och använda större rattvinklar. En typisk styrmanöver med den modifierade sine-with-dwell manövern visas i figur. 5 Styrvinkel (grader) Figur Kommenderad styrvinkel i modifierad sine-with-dwell. VTI rapport 78 9

24 De röda vertikala linjerna i figuren markerar manöverns två olika delar. Styrutslaget i den första delen kan beskrivas med två parametrar, amplitud och frekvens. Styrutslaget i den andra delen beskrivs med en annan amplitud och frekvens. Dwell-tiden har vi låtit vara fix,,5 sekunder (dvs. samma som i original sine-with-dwell manövern). Detta ger totalt fyra parametrar som definierar manövern. För att uppnå maximal överstyrning så måste parametervärdena tas fram genom att prova sig fram, och de beror på underlagets friktion, däcken och vid vilken hastighet testet utförs. Givetvis beror de också på vilket fordon som används, men i denna studie har vi endast använt ett och samma fordon. Parametrarna kan bestämmas genom följande procedur:. Bestäm parametrar a och f, dvs. amplitud och frekvens för första delen så att fordonet är så nära understyrning som möjligt utan att faktiskt understyra. Använd ekvation för att beskriva huruvida understyrning inträffar (dvs. M ö <). Bestäm parametrar a och f, dvs. amplitud och frekvens för andra delen så att fordonet överstyr så mycket som möjligt. Använd ekvation för att beskriva huruvida överstyrning inträffar. Håll parametrar a och f konstanta och justera parametrar a och f så att fordonet överstyr så mycket som möjligt. Typiska värden på parametrarna var i vårt fall a = 4 grader, f =,, Hz, a = grader, f =,,5 Hz. Man kan tänka sig en mer generell manöver som innefattar en dwell även under första delen. En sådan manöver skulle då få ytterligare två parametrar d och d, dvs. dwelltiderna för de båda delarna. Vi hade dock inte möjlighet att testa denna mer generella metod utan använde oss uteslutande av fyra parametrar. För våra jämförande tester mellan olika däck så ställde vi in parametrarna för det däck med förmodat sämst sidgrepp. Samma parametrar användes sedan för alla däcken, vilket innebar att de utsattes för precis samma styrmanöver. Genom att basera parametrarna på det sämsta däcket så kunde även däcken med bättre grepp genomföra styrmanövern utan att understyra under första delen av manövern. Manöverparameterna varierade naturligtvis för de olika underlagen. Mätdata från tre typiska utfall av testmanövern visas nedan. En situation med måttlig överstyrning visas i figur. Sidoaccelerationen och girrotationshastigheten*hastigheten är uppskalade för att fylla figuren. Den gråmarkerade arean markerar den del där överstyrning inträffar enligt vår definition. Fordonets slipvinkel stiger till ett max på knappt 5 strax efter att ratten återställts till nolläget, för att sedan snabbt minska. Cirka,5 sekunder efter att ratten återställts är sidoacceleration och girrotationshastighet i praktiken noll vilket innebär att fordonet färdas rakt fram med full kontroll. Notera också att under den första delen av styrmanövern så är blå och grön kurva nästan identiska vilket innebär att fordonet varken under- eller överstyr under denna del, precis som önskat. En situation med kraftig överstyrning vilken leder till spin-out visas i figur. Notera hur slipvinkeln kontinuerligt ökar efter det att ratten återställts och når så stora vinklar att fordonet nästan roterat ett halvt varv (vilket motsvarar 8 graders slipvinkel). VTI rapport 78

25 Sidoacc/Girrot*hast (m/s ) Slipvinkel* (deg) Girrotationshast*hast (m/s ) - Sidoacc (m/s ) Figur Exempel på mätdata vid måttlig överstyrning. Sidoacc/Girrot*hast (m/s ) Slipvinkel (deg) Girrotationshast*hast (m/s ) - Sidoacc (m/s ) Figur Exempel på mätdata vid kraftig överstyrning med spin-out. I figur visas en situation där överstyrningen enligt vår definition upphör ett par sekunder efter det att ratten återställts, men där fordonets slipvinkel fortsätter att vara hög, över grader (notera skalfaktorn), under ytterligare ett antal sekunder. Vi kallar detta beteende för powerslide och innebär att fordonet färdas framåt med uppställ vilket representerar en potentiellt farlig trafiksituation. VTI rapport 78

26 Sidoacc/Girrot*hast (m/s ) - Slipvinkel* (deg) Girrotationshast*hast (m/s ) Sidoacc (m/s ) Figur Exempel på mätdata vid powerslide. Slipvinkeln är uppskalad en faktor. Baserat på detta har vi valt att titta på följande mått vid jämförelsen av hur de olika däcken presterar: Överstyrningsfaktorn motsvarar arean av den gråmarkerade ytan i figurerna normerad med sidoaccelerationen i intervallet med överstyrning. Matematiskt är detta integralen av M ö (från ekvation ) över de intervall där v a y. Då M ö blir stort för väldigt små värden på sidoaccelerationen har vi exkluderat de delar där a y. m/s, vilket ger ett robustare mått. Normalt finns också en tidsfördröjning mellan ett fordons girrotationshastighet och den resulterande sidoaccelerationen under ett transient förlopp som vid en rattvridning. Detta är naturligt och innebär inte att överstyrning har uppstått. För att inte inkludera denna transienta effekt i måttet så har vi satt den nedre integrationsgränsen till den tidpunkt där rattvinkeln har nått 7 % av den maximala rattvinkeln. Överstyrningsfaktorn är ett abstrakt mått vars storlek är svårt att direkt relatera till Maximalt uppnådd slipvinkel Integrerad slipvinkel. Integralen beräknas från början på styrmanöverns andra del tills slipvinkeln återgått till noll grader Integrerad farlig slipvinkel. Integralen tas över det intervall där slipvinkeln anses farligt stor. Det är inte helt lätt att bedöma vid vilken vinkel slipvinkel är farlig, då olika däck kan hantera olika stora slipvinklar innan fordonet tappar kontrollen, men vi har utgått från en och samma vinkel, 5, för alla däcken. Detta mått blir stort när en powerslide inträffar Integrerad slipvinkel efter det att ratten återställts till noll grader Tid från det att rattvinkeln återställts till dess att fordonet färdas rakt fram utan vare sig sidoacceleration eller girrotationshastighet. Det första måttet är vårt direkta mått på hur mycket överstyrning som inducerats av manövern, medan de andra på något sätt representerar hur allvarlig konsekvensen av styrmanövern blev. VTI rapport 78

27 Ett problem vid utförandet av våra tester har varit att testbanornas storlek var begränsade och att vi därför har varit tvungna att avbryta testkörningarna efter en viss tid för att inte köra av banan. Följden blev att speciellt de tre sista måtten ibland inte kunde beräknas fullt ut för vissa testkörningar, vilket tydligt framgår av figur och figur. Vi har dock valt att extrapolera data i de fall som slipvinkeln understigit vid slutet av mätningen och där slipvinkeln minskat i sådan takt att det står klart att stabilitet hade uppnåtts ifall mätningen hade kunnat fortgå i ytterligare en sekund. Inspektion av mätfilerna visar att slipvinkeln minskar i princip linjärt med tiden i slutet av förloppet, så en linjär extrapolation har ansetts ge korrekta data på såväl integrerad slipvinkel som tid till stabilitet. För att bestämma det sista måttet har vi utifrån analys av de mätningar där mättiden räckt till antagit att sidoaccelerationen minskat till noll ca, sekunder efter att slipvinkeln blivit noll. Ett annat problem, som rör testmetoden som helhet, är att däck med bra sidogrepp lyckas skapa en betydligt mer våldsam rotation på fordonet vilket ofta leder till större slipvinklar och längre återhämtningstider jämfört med däck med sämre sidogrepp. Det bästa däcket för detta test skulle vara ett med minimal förmåga att generera sidgrepp, vilket skulle resultera i att fordonet färdas rakt fram genom hela manövern utan att inducera någon överstyrning överhuvudtaget. NHTSA har löst motsvarande problem för sitt test genom att definiera en minsta sidledsförflyttning vid deras manöver. I vårt fall är det inte lika enkelt, då vi ställer in manöverns parametrar för att generera en första del av styrmanövern med bibehållen kontroll vilket gör att de olika däcken i praktiken leder samma rörelsemönster för fordonet under denna del. För en rättvisare jämförelse mellan däckens benägenhet att försätta fordonet i en överstyrningssituation kan man tänka sig att skala ovanstående mått med hur mycket sidoacceleration fordonet lyckas uppnå under manövern. En sådan skalning kan motiveras med att framförande av ett fordon i en kurva vid en viss hastighet kräver en viss sidoacceleration och en korrekt jämförelse mellan däcken borde därför ske med en manöver som genererar samma sidoacceleration för alla däck. Men då syftet med denna studie har varit att jämföra hur mycket överstyrning som går att uppnå med de olika däcken så väljer vi att inte göra någon sådan skalning, utan istället väga in detta i diskussionen om hur resultaten bör tolkas. VTI rapport 78

28 Test: upplägg och genomförande För testerna valdes ett bakhjulsdrivet fordon då ett sådant borde vara mer känsligt för överstyrning med vår manöver än ett framhjulsdrivet. Då manövern genomförs med släppt gas så kommer motorbromsen att göra att bakhjulen tappar sidledsstabilitet, vilket kan leda till överstyrning. Vi valde en Mercedes C kombi. Figur 4 Testbilen.. De testade däcken De vinterdäck som säljs i Sverige kan delas in i tre huvudgrupper: dubbdäck, odubbade vinterdäck utvecklade för nordiska förhållanden (här benämnt nordiskt vinterdäck) och odubbade vinterdäck utvecklade för centraleuropeiska förhållanden (här benämnt centraleuropeiskt däck). I denna studie tog vi med ett nytt och ett slitet däck av vardera kategorin. De testade däcken visas i tabell och tabell. Av de slitna däcken så hade dubbdäcket och det nordiska vinterdäcket ett mönsterdjup på ca mm, vilket är klart över lagkravet på,5 mm, men mindre än de nya däcken som hade ett mönsterdjup på ca 8 9 mm. Det slitna däcket av centraleuropeisk typ hade bara mm mönsterdjup och var därför olagligt. Det slitna dubbdäcket var klart äldre än de andra däcken och trots att mönsterdjupet fortfarande var relativt stort så var dubbarna i väldigt dålig kondition. I snitt hade det endast 88 dubbar per däck, varav i snitt 47 kunde anses ha ett acceptabelt utstick, vilket kan jämföras med dubbar för det nya däcket. Då det endast fanns 4 dubbar kvar i det däck som hade minst kvar jämfört med dubbar i det däck som hade flest så är även dessa däck olagliga att använda då antalet dubbar inte får skilja mer än 5 % mellan däcken. De två däck med minst antal dubbar (4 respektive 84 st.) monterades på bakaxeln för att maximera fordonets överstyrning och därmed representera värsta fallet scenariot. Däcken på framaxeln hade respektive dubbar. Om man räknar bort dubbar som är nedslitna och inte ger något grepp så är det ungefär lika många aktiva dubbar per däck och i praktiken förväntade vi oss ingen extra överstyrning på grund av däckplaceringen. Notera alltså att däck D och D inte är representativa för ett lagligt slitet dubbdäck respektive centraleuropeiskt vinterdäck. Det är dock tänkbart att sådana däck rullar på våra vägar och vi valde att ha med dessa två olagliga däckuppsättningar i testet för att få 4 VTI rapport 78

29 stor spridning mellan de nya och slitna däcken. Bilder på däcken och mer detaljerad information om deras skick finns i bilaga. De nya däcken kördes in på torr asfalt för att ta bort den ytbeläggning som finns på nya däck. Dubbdäcken kördes en sträcka på 5 mil från Linköping till Arjeplog vilket garanterar att dubbarna är ordentligt fixerade i däcket innan testerna. De två odubbade däcken kördes in på plats uppe i Arjeplog. Tabell Begagnade, slitna vinterdäck. Dimension 5/55-. Nr Namn Typ Klass Årtal Mönsterdjup Antal dubbar i snitt D D D Gislaved Nordfrost Gislaved Softfrost Good Year Eagle Ultragrip Dubbdäck 9Q 5,8 mm 88 dubbar (47 aktiva) Nordiskt vinterdäck 9Q 7 5,5 mm Centraleuropeiskt vinterdäck 9H, mm Tabell Nya vinterdäck. Dimension 5/55-. Nr Namn Typ Klass Årtal Mönsterdjup Antal dubbar i snitt D4 D5 Gislaved Nordfrost 5 Nokian Hakapelitta R Dubbdäck 9T 8 8,8 mm dubbar ( aktiva) Nordiskt vinterdäck 94H 8 9, mm D Zetex Ice Plus S Centraleuropeiskt vinterdäck 9H 9 7,5 mm Det är viktigt att notera att vår studie inte är ämnad att jämföra de specifika däckmärken eller modeller som använts i testet. Då vi bara har ett däck av varje sort kan vi inte heller dra generella slutsatser om de olika kategorierna av däck. Denna studie ska ses som en pilotstudie för att ge svar på några grundläggande frågor (se resultatavsnittet) och för att förhoppningsvis kunna fånga upp trender när det gäller överstyrning mellan de olika typerna av däck, likväl som nya och slitna. Vi ansåg det därför inte nödvändigt att mäta upp mer detaljerad information om däcken, som exempelvis gummihårdhet och dubbutstick.. Testutrustning.. Kör-robot VTI har sedan 4 utvecklat ett kör-robotsystem. Version hade endast lateral navigering med syfte att styra tunga fordon som buss och lastbilar in till krock. Version är en vidareutveckling som navigerar både longitudinellt och lateralt. Version är ett samarbete med Autoliv och är konstruerad för att kunna användas i en mängd olika VTI rapport 78 5

30 applikationer (SAFER, 9). Till exempel kan vi synkronisera två robotsystem vilket medför att vi kan genomföra en korsningskollision med en noggrannhet runt 5 ms. Kärnan i robotsystemet är realtidsdator från National Instruments. I denna ligger all funktionalitet som navigering och reglering. Lateralt navigerar systemet genom att följa frekvenssatt kabel som läggs ut där man vill att fordonet ska köra. Med hjälp av två antenner på fordonet så kan systemet känna av hur den ligger i förhållande till kabel. Longitudinellt positioneras fordonet genom att mäta sträckan med hjulpulsmätare på icke drivande hjul på fordonet. I fordonet sitter det en motor på rattstången som kontrollerar rattvinkel. Denna har magnetkoppling vilket medför att vi kan koppla ur systemet när vi vill och då köra fordonet som vanligt. En linjärmotor sitter på gasreglaget, vilken drar eller trycker på gaspedalen beroende på det test som ska utföras. Broms sker med hjälp av tryckluft eller elmotor beroende på det test som ska utföras. Varje test styrs av en förprogrammerad händelsematris där allt är kopplat till tid från start med steglängden, s (Hz). För varje tidssteg talar programmet, t.ex. om den ska navigera, hur långt den ska ha förflyttat sig eller om den ska bromsa. I vissa test, som exempelvis däcktest, programmeras bara en rattrörelse och då är navigeringen avstängd. Målet med systemet har varit att det ska var lätt att installera och inte påverka den som kör. Det ska gå att installera utan att det syns och det får inte påverka den passiva säkerhet i fordonet vilket är ett krav i krocktest. Idag använder vi främst systemet för: krockprovning, test av ESC, däcktest, autobroms, utvärdering av radarsensorer och test av system för körfältsvarning (EVALUE, )... Mätutrustning För mätning av fordonets hastighet, accelerationer och rotationer så har vi använt ett Racelogic Vbox-system. Det är ett gps-baserat system som mäter fordonets position och hastighet vid en frekvens av Hz. Genom att koppla till en tri-axlig accelerometer och rotationsgivare kan det även mäta accelerationer och rotationer.. Testutförande Testerna genomfördes under vecka i mars månad på några av Colmis testbanor i Arjeplog. Här hade vi tillgång till tre olika testytor: en meter bred och 5 meter lång bana med ruggad is, en meter bred och 5 meter lång bana med polerad is samt en meter bred och m lång bana med snöyta. Vi utförde inga friktionsmätningar av ytorna med speciell friktionsmätutrustning. Däremot så utförde vi ett antal bromssträckemätningar med jämna mellanrum för att kontrollera om friktionen varierade. Detta gjordes främst med vårt referensdäck, däck D, men i några fall också med det nya dubbdäcket, däck D4, för att få en uppfattning om skillnaden i väggrepp mellan dessa två däck. Då tidsschemat var pressat gjordes inga bromssträckemätningar med de andra däcken. På den ruggade isen och på snöytan gjordes bromstester med en ingångshastighet på 7 km/h, och på den polerade isen användes en ingångshastighet av 5 km/h. Friktionen på ytan för ett specifikt däck bestämdes sedan utifrån medelretardationen av den del av inbromsningen där hastigheten minskade från 8 % till % av ingångshastigheten. Retardationen var relativt konstant inom detta område. VTI rapport 78