RUNDSLAGNING AV BUSS

Transkript

1 Beställare Anita Ramstedt Skyltfonden, Vägverket Övriga mottagare Sammanfattning Datum Utförd av Erik Axelsson ersätter - Granskad av Per Kron, Maria Andrén Godkänd av Hans Bjarnehed Utgåva 01 1 (37) RAPPORT Rapport nr RUNDSLAGNING AV BUSS I dagsläget måste bussar som säljs inom EU certifieras mot EU-direktivet R66/00 [3]. Detta EU-direktiv, som även har andra motsvarigheter i andra delar av världen, tar hänsyn till karosstommens hållfasthet vid rundslagning av buss. Under senare tid har flertalet rundslagningsolyckor med buss inträffat med dödlig utgång på grund av att överlevnadsutrymmet har överskridits trots att de har varit certifierade mot ovanstående direktiv. Denna analys är utförd som en initial jämförelse av hur väl dagens R66/00 säkerhetskrav uppfylls vid en situation där en buss kör ut och välter i sidoområdet. Detta har utförts genom att jämföra en analys utförd enligt R66/00 med fyra simuleringar av samma buss som välter i vägens sidoområde. De fyra simuleringarna består av två olika släntområden där rundslagning i 70 samt 90 km/h är beaktat. Enligt denna studie är R66/00 direktivet [3] inte tillräckligt för att verifiera om en buss klarar en avkörning i släntområde vid hastigheter över 70 km/h utan att överlevnadsutrymmet penetreras. Som en jämförelse kan man nämna att busstrukturen tar upp mer än fem gånger så mycket energi vid vält i släntområde med lutning 1:3 i 90 km/h jämfört med välten utförd enligt direktiv R66/00. En högre hastighet vid rundslagning i släntområde är negativt med hänsyn till bussens deformation. Utformning av släntområde har stor betydelse för bussens deformation. I denna studie har skillnaden mellan de två analyserade släntområdena haft större inverkan på deformation av bussen än de olika initiala hastigheterna. Hinder i släntområdet har större påverkan på bussens deformation än friktionskraften som uppkommer från bussens normalkraft mot marken. Dikesbanken i släntområdet med lutning 1:3 har i detta fall betraktats som ett hinder. Bussens laterala hastighet vilken bestäms av hur mycket bussen vrider sig vid en vält i fart är mycket betydelsefyll för hur mycket bussen kommer deformeras vid kollision med hinder i släntområdet, som exempelvis dikesbank. Bussens vridningsvinkel benämns β (beta) och är definierad i kapitel 6.3. Den laterala hastigheten samverkar med bussens rotation som tillsammans bildar den totala islagshastigheten. Bussens kinetiska energi pga. dess framfart är betydligt större än den kinetiska energin från bussens rotation. Detta leder till att en stigande vridningsvinkel (beta) snabbt gör den laterala hastigheten till en dominerade del av den totala islaghastigheten. Lindholmspiren 9 SE Göteborg Sweden Phone: +46 (0) Fax: +46 (0)

2 2(37) INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1. INTRODUKTION ANTAGANDEN GEOMETRI Referensbuss Släntområden MATERIAL EU-DIREKTIV R ANALYSER FE-modell av buss Vältsimulering enligt direktiv R Vältsimulering i släntområde RESULTAT Vältsimulering enligt R Släntområde, lutning 1:3, 90 km/h Släntområde, lutning 1:3, 70 km/h Släntområde, lutning 1:6, 90 km/h Släntområde, lutning 1:6, 70 km/h Sammanfattning av vältsimuleringar i släntområde DISKUSSION OCH SLUTSATTSER FÖRSLAG TILL FORTSATT ARBETE BILAGOR 1. Kontaktpersoner för projektet REFERENSER 1. Vägverket, 2007, Utformning av slänter och räcken med hänsyn till bussars säkerhet, 2007: Vägverket, 2002, Analys av singelolyckor med dödlig utgång på det statliga vägnätet, 2002: E/ECE/324 Regulation No. 66, Dec Livermore Software Technology Corporation, 2007, LS-DYNA Keyword Manual, Version ANSA v , BETA CAE Systems S.A. 6. E/ECE/324 Regulation No. 66, Feb

3 3(37) 1. INTRODUKTION I dagsläget måste bussar som säljs inom EU certifieras mot EU-direktivet R66/00 [3]. Detta EU-direktiv, som även har andra motsvarigheter i andra delar av världen, tar hänsyn till karosstommens hållfasthet vid rundslagning av buss. Under senare tid har flertalet rundslagningsolyckor med buss inträffat med dödlig utgång på grund av att överlevnadsutrymmet har överskridits trots att de har varit certifierade mot ovanstående direktiv. Denna analys är utförd som en initial jämförelse av hur väl dagens R66/00 säkerhetskrav uppfyller en situation där en buss kör ut och välter i sidoområdet. Detta har utförts genom att jämföra en analys utförd enligt R66 med fyra simuleringar av samma buss som välter i vägens sidoområde. De fyra simuleringarna består av två olika släntområden där rundslagning i 70 samt 90 km/h är beaktat. Se Figur 1 för en principiell bild över utförda analyser. För att kunna simulera vält i sidoområdet måste flertalet antaganden göras för att på ett enkelt och analyserbart sätt beskriva olycksförlopp och vältområde. Antaganden har gjorts för: Marktyp/underlag i diket, t.ex. styvhet på underlag Friktion mellan buss och mark. Friktionen beror t.ex. på marktyp, ojämnheter, små och stora stenar, buskar och viltstängsel. Kollisions/vältförlopp, avkörningsvinkel, dynamisk stabilitet, t.ex. hur vrider sig bussen runt övriga axlar vid en vält i fart. Antagandena är beskrivna i kapitel 2. Figur 1: Principiell bild över vältsimulering enligt direktiv R66/00 (vänster) och simulerad vält i släntområde, röda pilar indikerar rörelse i simuleringarna.

4 4(37) 2. ANTAGANDEN Under utformningen av analysen har ett antal antaganden gjorts, dessa är sammanfattade i listan nedan. När antaganden har gjorts har det beaktats att det är av stor vikt att erhålla jämförbara vältförlopp vid olika släntområden och hastigheter. Om likvärdiga vältförlopp inte erhålls är det omöjligt att jämföra och dra slutsatser angående t.ex. vilken typ av dikesområde som är mest gynnsamt eller t.o.m. vilken hastighet som bussen färdas i. Vid en bussvält i dikesområde i hög hastighet beror kollision/vältförloppet till stor del av vad det är som får bussen att välta, t.ex. snabb inbromsning, hinder, lutning av underlag eller tvär girning av buss. Bussens dynamiska egenskaper påverkar också vältförloppet. Vid en vält är sannolikheten stor att bussens vrider sig runt den vertikala axeln och därmed fås en vinkelskillnad mellan bussens hastighetsvektor och dess longitudinella axel. Denna vinkel benämns β (beta) och är definierad i kapitel 6.3. Denna typ av vridning uppkommer t.ex. vid en kraftig inbromsning då bussen vill vrida sig runt den vertikala axeln på grund av dess stora tyngd i bakpartiet (motor installation). Om bussen inte vrider sig vid vält, β = 0, så blir vältförloppet väldigt likt en R66 vä lt. Bussens rörelseenergi framåt tas upp som ren friktion längs hela kontaktytan mellan mark och buss. Resultat visar att desto mer som bussen vrider sig vid en vält, β ökar, desto mer av bussens rörelseenergi framåt måste tas upp av vältförloppet. Dvs.. för 0 < β < 90 så gäller att desto större vinkeln β är desto större energi kommer bussen ta upp vid ett vältförlopp. För definition av vinkeln β se Figur 10 i kapitel 6.3. I denna rapport har ej studerats varför en buss välter utan inriktning har gjorts på att hitta ett troligt vält scenario och jämföra detta förlopp för de olika dikesområdena och hastigheterna. Antagandena 3 och 4 nedan har gjorts för att få samma typ av vältförlopp vid de olika släntområdena. 1) Styvhet på mark i analyserade släntområden har valts till 200 MPa vilket motsvarar styvheten på ballast som används vid dynamiska beräkningar av banvallar. 2) Friktion mellan buss och mark i analyserade släntområden. Friktionen bestäms bland annat av markens ojämnheter och väder förhållanden, t.ex gräs, grus, stenar, stubbar, snö, is mm. Alla ovan nämnda faktorer påverkar även graden av nergrävning av buss i underlag vid vält. Friktionen är en faktor med stora osäkerheter och därför har vi valt att inrikta oss på att erhålla en stoppsträcka likvärdig den från olyckan i Arboga, se ref. [ 1]. Friktionen har satts till 1.0 mellan mark och buss vilket ger en stoppsträcka på 22.2 m för en buss i 90km/h vid en vält i dikesområde 1 (lutning 1:3). 3) Vinkel (β) mellan hastighetsvektorn och bussens longitudinella axel applicerad på simuleringar av vält i släntområde har valts till 20º. För definition av vinkeln beta se Figur 10 i kapitel 6.3. Sannolikheten att buss vrider sig vid vält är stor och rent teoretiskt kan alla vinklar förekomma. Valet av 20 har gjorts för att visa att vid en relativt liten vridning av bussen erhålls en stor skillnad mellan dikesvälten och R66/00 resultat. Hade en större vinkeln valts hade vi fått ännu större skillnader.

5 5(37) 4) Det har även valts att initialt i simuleringen placera bussen parallellt med diket för att även kunna jämföra resultat med R66/00 simuleringen. 5) Hinder så som ojämnheter i mark, stenar, buskar och viltstängsel har ej medtagits i analyser. Ovanstående hinder skulle drastiskt kunna minska stoppsträckan och öka upptagen energi i busstrukturen. De antaganden som har gjorts ovan och det krock/vältförlopp som har valts är på intet sätt ett extremt förlopp utan representerar relativt gynnsamma förhållande. Högre friktion, större vinkel (β) och hinder i dikesområdet skulle ge betydligt större upptagen energi i busstrukturen och därmed större penetration av överlevnadsutrymmet.

6 6(37) 3. GEOMETRI 3.1. Referensbuss Bussgeometrin som ligger till grund för FE-modellen är en 2-axlig variant av coach-modell, se Figur 2. Komplettbussmodellen är byggd av FE-modeller av sektioner som använts vid en R66-certifiering av en verklig buss. För att uppnå önskad massa och tyngdpunkt för komplettbussmodellen har ingående delars densitet ökats för att kompensera för icke bärande komponenter som inte finns representerade i FE-modellen. Motor samt växellåda är förenklat och representeras av en punktmassa se Tabell 1. Tabell 1: Vikt samt position av tyngdpunkt för modell använd för att utföra analyser, mått är tagna från framaxel i marknivå. Del av buss Vikt [ton] X [m] Y [m] Z [m] Komplett buss Motor samt växellåda (punktmassa) x z y Figur 2: Referensmodell av buss använd vid simuleringarna.

7 7(37) 3.2. Släntområden Två olika typer av släntområden har beaktats i analysen, med lutningarna 1:3 samt 1:6, se Figur 3 samt Figur 4 nedan. släntområdet med lutning 1:3 har även en bank vid släntfoten. Vägverkets rapport 2007:08 [ 1] ligger till grund för utformningen av släntområdena. Väg Släntområde Lutning: 1:3 Släntområde Lutning: m Släntfot 1.5 m Figur 3: Utformning av släntområde med lutning 1:3, området inkluderar bank vid släntfot. Väg Släntområde Lutning: 1:6 Släntområde Lutning: 0 Figur 4: Utformning av släntområde med lutning 1:6. 4. MATERIAL Materialdata är valda för att vara representativa för en modern buss. Till största delen är materialmodellerna elasto-plastiska men även linjärt elastiska materialmodeller har använts i mindre utsatta delar av bussen.

8 8(37) 5. EU-DIREKTIV R66 I dagsläget måste bussar av klass 2 samt 3 som säljs inom EU certifieras mot EU-direktivet R66/00 [ 3]. Detta EU-direktiv, som även har andra motsvarigheter i andra delar av världen, tar hänsyn till karosstommens hållfasthet vid rundslagning av buss. Ett nytt R66-direktiv kommer att träda i kraft inom ett par år, R66/01 [6]. Den stora skillnaden mellan dagens R66/00 och det kommande R66/01 är att 50% av vikten av de bältade passagerarna räknas med i bussens total vikt. Att delar av passagerarvikten räknas med höjer även bussens tyngdpunkt. Effekten kommer att bli att ett högre energiupptagningskrav kommer att ställas på karosstrukturen. I denna rapport har endast simulering enligt R66/00 direktivet utförts. I Figur 5 visas principiellt hur certifieringen för kompletta bussar enligt EU-direktiv R66/00 går till. Bussen är placerad på en ledad plattform 800 mm över marknivå (A). Plattformen roteras runt den cylindriska leden (B) tills bussen pga. tyngdkraften faller ner och slår i marken (C). A B 800mm Rotationscentrum för buss. Mark Mark C A: Buss positionerad på ledad plattform 800 mm över marknivå. B: Plattformen vrids upp. Mark Figur 5: Principiell beskrivning av certifieringsmetod för komplettbuss för direktiv R66/00. Kravet som ställs på strukturen är att den inte ska deformeras så att den penetrerar det definierade överlevnadsutrymmet, se Figur 6. För mer information om certifiering enligt direktiv R66/00 se referens [ 3]. Överlevnadsutrymme Figur 6: Beskrivning av överlevnadsutrymme.

9 9(37) 6. ANALYSER I det här kapitlet beskrivs utformningen av FE-modeller använda för att utföra analyser. FE-modellerna är gjorda i ANSA version [5] och analyser är utförda i LS-DYNA version 971 [4] FE-modell av buss Största delen av bussen är modellerad med skalelement typ 2, Belytschko-Tsay, se LS-DYNA manual [ 4]. Områden där problem med hourglassing (1) uppkommit har fullintegrerade skalelementet av typ 16 använts. Mellanramen samt hjulupphängningen är modellerad av linjära balkelement se Figur 7. Hjulen i modellen är förenklade och definierade som plattor positionerade i hjulens kontakt med marken. (1) Hourglassing är en ej önskvärd deformationsmod hos underintegrerade element se exempelvis LS-DYNA manualen [ 4] för mer information. Hjulupphängning Mellanram Hjulupphängning Figur 7: FE-modell av buss använd i samtliga analyser samt beskrivning av mellanram och hjulupphängning.

10 10(37) 6.2. Vältsimulering enligt direktiv R66/00 För att simulera en komplettbussvält enligt direktiv R66/00 har bussmodellen beskriven i kapitel 6.1 placerats på en ramp positionerad 800 mm över marken, se Figur 8. Denna modell är uppbyggd enligt beskrivning av komplettbussvält i kapitel 6.1. Rampen roteras runt den cylindriska leden tills bussen pga. egenvikten faller ner och slår i marken. Ramp samt mark är definierade som stela. Applicerade laster på modellen är gravitation samt vinkelhastighet på rampen. Båda lasterna är applicerade under en sinusformad upprampning mellan 0 och 0.1 sekunder (2). För storlek på laster se Tabell 2. Kontakter är definierade mellan hjul och ramp, knutar internt i strukturen samt mellan buss och mark, se Tabell 3. (2) Laster, rotationer samt gravitation rampas upp under ett kort tidsintervall för att inte skapa dynamiska ostabiliteter i lösningen. Ramp Cylindrisk led Mark Figur 8: Modell av för simulering av komplettbussvält enligt direktiv R66. Tabell 2: Laster applicerade på modellen. Last Storlek Definition, LS-DYNA Gravitation 9.81 m 2 *LOAD_BODY_Z s Vinkelhastighet på ramp rad *BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID s Tabell 3: Definierade kontakter i modellen. Kontakt Friktion Definition, LS-DYNA Hjul mot ramp 0 *CONTACT_AUTOMATIC_GENERAL Knutar 0.15 *CONTTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE Buss mot mark 0.25 *RIGIDWALL_PLANAR

11 11(37) 6.3. Vältsimulering i släntområde Vält i släntområde har analyserats med två olika utformningar av släntområden samt för två olika hastigheter 70 samt 90 km/h. Utformningen av de analyserade släntområdena finns beskrivet i kapitel 3.2. Släntområdena är modellerade elastiska med solidelement för att ge en mer realistisk kontakt mellan buss och mark och bättre ta upp kinetisk energi. Styvheten i marken är vald till 200 MPa vilket motsvarar styvheten på ballast som t.ex. används vid dynamiska beräkningar av banvallar. Avkörningsscenariot har antagits enligt följande, bussen kör av vägen ner i släntområdet sedan välter den med högersidan ner mot slänten. Bussmodellen beskriven i kapitel 6.1 har initialt i simuleringarna positionerats i ett läge strax innan kollisionen mellan sidan av bussen och släntområdet uppkommer, se Figur 9. Analysen har i det här läget startats med initial hastighet och rotation på bussen. På grund av att en avkörning är ett förlopp där många faktorer spelar in vilket ger en mängd olika vältscenarion samtidigt som det är simuleringsmässigt tidskrävande har alltså inte hela avkörningsförloppet simulerats utan enbart kollisionen. Detta är även ett val som har gjorts för att få likvärdiga typer av kollisionsförlopp. Laster applicerade på modellen är gravitation, initial hastighet samt initial rotation se Tabell 4. Gravitationen är pålagd under en sinusformad upprampning mellan 0 och 0.1 sekunder. Lutning 1:3 Initial rotation Initial hastighet Lutning 1:6 Figur 9: Modeller av komplettbussvält i släntområde med lutning 1:3 samt 1:6. Initial hastighet samt rotation är även beskrivna med röda pilar.

12 12(37) Tabell 4: Laster applicerade på modellen för simulering av vält i vägens sidoområde, för beskrivning av β se Figur 10. Last Storlek Definition, LS-DYNA Gravitation m 2 *LOAD_BODY_Z s Initial hastighet, 70 km/h Initial hastighet, 90 km/h Initial rotation, lutning 1: Initial rotation, lutning 1: m s (β = 20º) *INITIAL_VELOCITY_GENERATION m s (β = 20º) *INITIAL_VELOCITY_GENERATION rad s *INITIAL_VELOCITY_GENERATION rad s *INITIAL_VELOCITY_GENERATION Initiala hastighetsvektorn V är definierad med en vinkeloffset β i markplanet från bussens longitudinella axel ner mot släntens slut, se Figur 10. Denna vinkel är applicerad för att få med effekten av att bussen vill vrida sig vid avkörning och inbromsning, vilket är en följd av att den tyngre bakändan har mer rörelseenergi. Hastighetsvektorns riktning i förhållande till bussens longitudinella axel är avgörande för hur mycket av rörelseenergin från bussens hastighet som skall tas upp av välten respektive friktion mot mark. Bussens rörelse/kinetiska energi vid vält enligt R66 E K.R kj Bussens rörelse/kinetiska energi vid 90 km/h E K.90km/h 4688 kj Vid jämförelse av rörelseenergierna ovan ser man att det är av stor betydelse hur stor del av bussens rörelseenergi pga. dess framfart som kommer att tas upp av bussens struktur vid vält. Vinkeln β har i denna analys valts till 20º, se antaganden i kapitel 2. Desto mindre vinkel β desto mer lik blir välten en simulering utförd enligt R66. Figur 10: Beskrivning av initial rotation och hastighet, vinkeln β är en offset mellan bussens längdriktning samt färdriktning.

13 13(37) Den initialt pålagda vinkelhastigheten ω har beräknats enligt Ekvation 1 nedan. Den kinetiska energin T är tagen från R66 simuleringen vid tidpunkten då bussen befinner sig i samma vinkel som lutningen på analyserat släntområde. Med hjälp av bussens tröghetsmoment runt axeln mellan kontaktytorna som representerar höger fram och bakhjul har sedan en energimässigt likvärdig rotation tagits fram. Denna rotation är framtagen för att representera en avkörning där bussen precis har energi nog att välta över vilket är konservativt. Ekvation 1: Uträkning av initial rotation av buss använd i analys av vält i släntområde. m = Bussens massa. r = Avstånd från rotationsaxel till tyngdpunkt. Ixx = Tröghetsmoment runt bussens tyngdpunkt. T = Kinetisk energi tagen från R66 simulering vid vinkel på aktuellt släntområde. T = I ω 2 T Ixx + m r ω = 2 Kontakter definierade i modellen är internt i knutar i strukturen samt mellan buss och underlag, se Tabell 5. Friktionen mellan buss och mark är vald till 1 vilket representerar att bussen delvis gräver ner sig i underlaget. Detta värde har justerats för att göra bussens stoppsträcka likvärdig med olyckan i Arboga där stoppsträckan var ungefär en busslängd, se referens [ 1]. Tabell 5: Definierade kontakter i modellen. Kontakt Friktion Kontaktdefinition, LS-DYNA Knutar 0.15 *CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE Buss mot underlag 1.0 *CONTACT_AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE

14 14(37) 7. RESULTAT 7.1. Vältsimulering enligt R66 Under komplettbussvälten utförd enligt direktiv R66/00 deformeras strukturen i sidan av bussen men den tränger inte in i det definierade överlevnadsutrymmet se Figur 14. Detta medför att bussen analyserad i denna rapport är god för att klara en certifiering enligt direktiv R66/00. Nedan sammanfattas händelseförloppet under simuleringen, detta kan kompletteras med information om energinivåer i Figur 11 samt bild av buss vid tidpunkten för maximal deformation i Figur 12. Händelseförlopp: 1: 1.88 s Bussen slår i marken, bussen har maximal rörelseenergi. 2: 2.03 s Maximal deformation av buss inträffar, bussen har maximal inre energi. 1 2 Figur 11: Energinivåer under vältsimulering enligt direktiv R66/00. Händelser beskrivna i listan ovan är markerade i figuren.

15 15(37) Figur 12: R66-simulering vid tidpunkten då bussen uppnår maximal deformation.

16 16(37) I Figur 14 visas avstånden från samtliga stolpar i bussen till överlevnadsutrymmet under simuleringen, namngivningen av stolparna finns beskrivet i Figur 13. Som nämnts ovan penetrerar inga av stolparna överlevnadsutrymmet, närmast överlevnadsutrymmet befinner sig stolpe B. Minsta avstånd till överlevnadsutrymmet under vältförloppet är 34 mm. K J I H G F E D C B Figur 13: Namngivning av stolpar på bussens högersida. Figur 14: Avstånd från stolpar till överlevnadsutrymmet, numrering av stolpar finns beskrivet i Figur 13.

17 17(37) 7.2. Släntområde, lutning 1:3, 90 km/h Vid kollision med släntområdet deformeras bussen kraftigt. Den största delen av deformationen sker mellan 0.05 och 0.5 sekunder vilket motsvarar tidsperioden från det att bussen först slår i slänten tills dess att den har passerat dikesbanken. Det är även under denna tidsperiod den största delen av den kinetiska energin tas upp. Under den resterande tiden, sekunder glider bussen på den horisontala delen av släntområdet. Nedan sammanfattas händelseförloppet under simuleringen, detta kan kompletteras med information om energinivåer i Figur 15 samt bilder av deformation vid aktuella tidpunkter i Figur 16. Händelseförlopp: 1: 0.05 s Kollision mellan sidan av bussen och slänten inträffar. 2: 0.11s Bussen slår i dikesbanken. 3: s Bussen glider på den horisontala delen av diket Figur 15: Energinivåer vid kollision med släntområde, lutning: 1:3, hastighet: 90 km/h. Startpunkten för de hädelser beskrivna i listan ovan är markerade i figuren.

18 18(37) 0.05 s 0.11 s 0.5 s 2.2 s Figur 16: Visuell beskrivning över kollisionsförlopp mellan buss och släntområde.

19 Bussens hastighet under kollision med släntområde kan ses i Figur 17 nedan , Utg (37) Figur 17: Bussen hastighet under kollision med släntområde. Under kollisionen tränger stolpe B till och med I in i överlevnadsutrymmet se Figur 18. Som mest penetreras överlevnadsutrymmet med 234 mm av stolpe B vid tiden 0.33 sekunder. Numrering av stolpar finns beskrivet i Figur 13. Figur 18: Avstånd från stolpar till överlevnadsutrymmet, numrering av stolpar finns beskrivet i Figur 13.

20 20(37) Slutgiltig deformation av bussen vid tiden 2.2 sekunder kan ses i Figur 19 nedan. Som kan ses i figuren har den största delen av deformationen ägt rum i den främre delen av bussen. Detta är en effekt av att den typ av vält som analyserats gör att bussens bakdel ej trycks ner i backen på grund av dess tyngd och rörelseenergi. FRONT TOP SIDA Figur 19: Deformation av buss i sluttillstånd sett från tre vyer.

21 21(37) 7.3. Släntområde, lutning 1:3, 70 km/h Vid kollision med släntområdet deformeras bussen kraftigt. Den största delen av deformationen sker mellan 0.05 och 0.57 sekunder vilket motsvarar tidsperioden från det att bussen först slår i slänten tills dess att den har passerat dikesbanken. Det är även under denna tidsperiod den största delen av den kinetiska energin tas upp. Under den resterande tiden, sekunder glider bussen på den horisontala delen av släntområdet. Nedan sammanfattas händelseförloppet under simuleringen, detta kan kompletteras med information om energinivåer i Figur 20 samt bilder av deformation vid aktuella tidpunkter i Figur 21. Händelseförlopp: 1: 0.05 s Kollision mellan sidan av bussen och slänten inträffar. 2: 0.15 s Bussen slår i dikesbanken. 3: s Bussen glider på den horisontala delen av diket Figur 20: Energinivåer vid kollision med släntområde, lutning: 1:3, hastighet: 70 km/h. Startpunkten för de händelser beskrivna i listan ovan är markerade i figuren.

22 22(37) 0.05 s 0.15 s 0.57 s 2.2 s Figur 21: Visuell beskrivning över kollisionsförlopp mellan buss och släntområde.

23 23(37) Bussen hastighet under kollision med släntområde kan ses i Figur 22 nedan. Figur 22: Bussen hastighet under kollision med släntområde. Under kollisionen tränger stolpe B till och med E in i överlevnadsutrymmet se Figur 23. Som mest penetreras överlevnadsutrymmet med 201 mm av stolpe B vid tiden 0.42 sekunder. Numrering av stolpar finns beskrivet i Figur 13. Figur 23: Avstånd från stolpar till överlevnadsutrymmet, numrering av stolpar finns beskrivet i Figur 13.

24 24(37) Slutgiltig deformation av bussen vid tiden 2.2 sekunder kan ses i Figur 24 nedan. Som kan ses i figuren har den största delen av deformationen ägt rum i den främre delen av bussen. Detta är en effekt av att den typ av vält som analyserats gör att bussens bakdel ej trycks ner i backen på grund av dess tyngd och rörelseenergi. FRONT TOP SIDA Figur 24: Deformation av buss i sluttillstånd sett från tre vyer.

25 25(37) 7.4. Släntområde, lutning 1:6, 90 km/h I släntområdet med lutning 1:6 finns ingen dikesbank vilket finns i släntområde med lutning 1:3. Detta medför att den kinetiska energin inte absorberas lika fort vilket kan ses i Figur 25 nedan. En stor del av rörelseenergin absorberas dock fortfarande i början av kollisionen, mellan 0.05 och 0.3 sekunder. Det är även under denna tidsperiod den största deformationen sker vilket kan ses i. Till skillnad från föregående simuleringar så kollapsar inte takstrukturen i samma omfattning. Detta leder till att tyngdpunkten behålls högre upp från marken vilket i sin tur leder till att friktionskraften är tillräcklig för att till slut välta över bussen helt på taket, det är detta som är på väg att hända i slutet av simuleringen. På grund av det voltande förloppet i slutet av simuleringen har denna simulering inte nått den punkt då bussen stannar. Nedan sammanfattas händelseförloppet under simuleringen, detta kan kompletteras med information om energinivåer i Figur 25 samt bilder av deformation vid aktuella tidpunkter i Figur 26. Händelseförlopp: 1: 0.05 s Kollision mellan sidan av bussen och slänten inträffar. 2: 0.09 s Bussen når den horisontala delen av släntområdet. 3: s Bussen glider på den horisontala delen av diket och fortsätter därefter att välta över bussen på taket Figur 25: Energinivåer vid kollision med släntområde, lutning: 1:6, hastighet: 90 km/h. Startpunkten för de händelser beskrivna i listan ovan är markerade i figuren.

26 26(37) 0.05 s 0.09 s 1.54 s 1.81 s Figur 26: Visuell beskrivning över kollisionsförlopp mellan buss och släntområde.

27 27(37) Bussen hastighet under kollision med släntområde kan ses i Figur 27 nedan. Figur 27: Bussen hastighet under kollision med släntområde. Under kollisionen tränger stolpe B in i överlevnadsutrymmet se Figur 28. Som mest penetreras överlevnadsutrymmet med 57 mm av stolpe B vid tiden 1.54 sekunder. Numrering av stolpar finns beskrivet i Figur 13. Figur 28: Avstånd från stolpar till överlevnadsutrymmet, numrering av stolpar finns beskrivet i Figur 13.

28 28(37) Maximal deformation av bussen under simuleringsförloppet (t=1.54 s) kan ses i Figur 29 nedan. Som kan ses i figuren har den största delen av deformationen ägt rum i den främre delen av bussen. Detta är en effekt av att den typ av vält som analyserats gör att bussens bakdel ej trycks ner i backen på grund av dess tyngd och rörelseenergi. FRONT TOP SIDA Figur 29: Deformation av buss i sluttillstånd sett från tre vyer.

29 29(37) 7.5. Släntområde, lutning 1:6, 70 km/h Som nämnts ovan så har släntområdet med lutning 1:6 finns ingen dikesbank vilket finns i släntområde med lutning 1:3. Detta medför att den kinetiska energin inte absorberas lika fort vilket kan ses i Figur 30 nedan. En stor del av rörelseenergin absorberas dock fortfarande i början av kollisionen, mellan 0.05 och 0.3 sekunder. Det är även under denna tidsperiod den största deformationen sker vilket kan ses i Figur 33. Även i denna simulering så kollapsar inte takstrukturen i samma omfattning som vid tidigare analyserad dikestyp. Detta leder till att tyngdpunkten behålls högre upp från marken vilket i sin tur leder till att friktionskraften är tillräcklig för att välta över bussen helt på taket. Bussen hamnar helt på taket ungefär vid tiden 1.5s efter att ha glidigt på horisontala delen av släntområdet. Bussen fortsätter där efter att volta. På grund av det voltande förloppet i slutet av simuleringen har denna simulering inte nått den punkt då bussen stannar. Nedan sammanfattas händelseförloppet under simuleringen, detta kan kompletteras med information om energinivåer i Figur 30 samt bilder av deformation vid aktuella tidpunkter i Figur 31. Händelseförlopp: 1: 0.05 s Kollision mellan sidan av bussen och slänten inträffar. 2: 0.13 s Bussen når den horisontala delen av släntområdet. 3: s Bussen glider på den horisontala delen av diket och fortsätter därefter att välta för att hamna helt på taket vid tiden 1.5s. Bussen fortsätter därefter att volta Figur 30: Energinivåer vid kollision med släntområde, lutning: 1:6, hastighet: 70 km/h. Startpunkten för de hädelser beskrivna i listan ovan är även markerade i figuren.

30 30(37) 0.05 s 0.13 s 0.88 s 1.82 s Figur 31: Visuell beskrivning över kollisionsförlopp mellan buss och släntområde.

31 31(37) Bussen hastighet under kollision med släntområde kan ses i Figur 32 nedan. Figur 32: Bussen hastighet under kollision med släntområde. Under kollisionen tränger ingen av stolparna in i överlevnadsutrymmet se Figur 33. Minsta avstånd till överlevnadsutrymmet uppstår vid tiden 0.88s. Numrering av stolpar finns beskrivet i Figur 13. Figur 33: Avstånd från stolpar till överlevnadsutrymmet, numrering av stolpar finns beskrivet i Figur 13.

32 32(37) Maximal deformation av bussen under simuleringsförloppet (t=0.88 s) kan ses i Figur 34 nedan. Som kan ses i figuren har den största delen av deformationen ägt rum i den främre delen av bussen. Detta är en effekt av att den typ av vält som analyserats gör att bussens bakdel ej trycks ner i backen på grund av dess tyngd och rörelseenergi. FRONT TOP SIDA Figur 34: Deformation av buss i sluttillstånd sett från tre vyer.

33 7.6. Sammanfattning av vältsimuleringar i släntområde , Utg (37) Vältscenariot där bussen upplevde störst deformation var som väntat i släntområde med lutning 1:3 i 90 km/h vilket kan ses i Tabell 6 och Figur 35 nedan. Här kan man även se att hinder såsom dikesbanken i släntområde med lutning 1:3 har markant ökat deformationen av bussen samt minskat bussens stoppsträcka. Tabell 6: Sammanfattning över resultat för vältsimuleringar i släntområde. Raderna max penetrering samt penetrerande stolpar avser bussens överlevnadsutrymme. Resultat Simuleringar Lutning 1:3 Lutning: 1:6 90 km/h 70 km/h 90 km/h 70 km/h Stoppsträcka [m] > 26 >17.3 Upptagen intern energi [kj] Max penetrering [mm] 234 (0.33 s) 201 (0.42 s) 57 (1.54 s) - Penetrerande stolpar (1) B - I B - E B - (1) Numrering av stolpar finns beskrivet i Figur 13.

34 34(37) Lutning: 1:3, Hastighet 90 km/h Lutning: 1:3, Hastighet 70 km/h Lutning: 1:6, Hastighet 90 km/h Lutning: 1:6, Hastighet 70 km/h Figur 35: Slutlig deformation för samtliga analyser utförda i släntområde, bussen är sedd framifrån.

35 35(37) 8. DISKUSSION Analysen av vält i släntområde är utförd med relativt gynnsamma förhållanden både med avseende på den analyserade bussmodellens egenskaper samt modelleringen av släntområdena. Jämför man den analyserade bussmodellen med certifierade bussar i allmänhet så representerar den en av de mer robustare. Angående släntområden så har studien ej tagit hänsyn till hinder och ojämnheter som naturligt kan finnas i släntområden vilket skulle kunna vara stenar, träd, stubbar, viltstängsel med mera. Detta skulle kunna öka bussens deformation väsentligt under en kollision. Vältscenariot i denna studie skall följaktligen inte beaktas som ett värsta fall. En verklig avkörning skulle ur flera avseenden kunna få värre konsekvenser än vad som har framkommit i denna studie. 9. SLUTSATTSER Enligt denna studie är R66/00 direktivet [3] inte tillräckligt för att verifiera om en buss klarar en avkörning i släntområde vid hastigheter över 70 km/h utan att överlevnadsutrymmet penetreras. Som en jämförelse kan man nämna att busstrukturen tar upp mer än fem gånger så mycket energi (internal energy) vid vält i släntområde med lutning 1:3 i 90 km/h jämfört med välten utförd enligt direktiv R66/00. Jämför internal energy i Figur 11 och Figur 15. En högre hastighet vid rundslagning i släntområde är negativt med hänsyn till bussens deformation. Utformning av släntområde har stor betydelse för bussens deformation. I denna studie har skillnaden mellan de två analyserade släntområdena haft större inverkan på deformation av bussen än de olika initiala hastigheterna. Hinder i släntområdet har större påverkan på bussens deformation än friktionskraften som uppkommer från bussens normalkraft mot marken. Dikesbanken i släntområdet med lutning 1:3 har i detta fall betraktats som ett hinder. Bussens laterala hastighet vilken bestäms av vinkeln β (beta) är mycket betydelsefyll för hur mycket bussen kommer deformeras vid kollision med hinder i släntområdet, som exempelvis dikesbank. Den laterala hastigheten samverkar med bussens rotation som tillsammans bildar den totala islagshastigheten. Bussens kinetiska energi pga. dess framfart är betydligt större än den kinetiska energin från bussens rotation. Detta leder till att en stigande vinkel på β (beta) snabbt gör den laterala hastigheten till en dominerade del av den totala islaghastigheten.

36 36(37) 10. FÖRSLAG TILL FORTSATT ARBETE Vi har utvärderat följderna av en typ av vältscenario. Vilken typ av avkörning med efterföljande rundslagning som är mest representativt bland olyckor i Sverige och Europa har inte studerats i denna rapport. Med kunskap från denna rapport rekommenderas det att gå vidare med en ny studie enligt beskrivning nedan. 1. Litteraturstudie Utföra en litteraturstudie om avkörningsolyckor, förslagsvis inom EU, för att komma fram till vilken typ av avkörning som är mest representativt bland verkliga olyckor. Här är även en djupstudie i Vägverkets databas för olycksfallsrekonstruktion av stort intresse. 2. Dynamiska analyser Utföra dynamiska analyser för att erhålla ingående kunskap och förståelse om det valda vältförloppet. 3. Nytt R66/01 direktiv Hur stor blir effekten av det nya R66/01 kravet där 50% av passagerarvikten medräknas i bussens vikt? Passagerarnas höga placering påverkar också tyngdpunkten. En högre energiupptagning kommer alltså att krävas av den bärande strukturen. 4. Kompletterande krav Arbeta fram rekommendationer för kompletterande krav till direktiv R66. Dessa skulle exempelvis kunna innebära att det ställs högre krav på vissa sektioner i bussen eller att man tvingar bussen som helhet att ta upp mer energi. Finns det några delar i en karosstruktur som är viktigare än andra för att minska riskerna för olyckor med dödlig utgång skall inträffa vid en dikesvält? Kan det ge stor effekt att ställa kompletterande krav på vissa delar av strukturen? Genomförandet av den ovan beskrivna studien skulle vara början till att göra resandet med buss till ett säkrare transportmedel samt innebära ett steg närmre nollvisionen.

37 37 (37) RAPPORT , Utg. 01 Bilaga 1 1(1) BILAGA 1: KONTAKTPERSONER FÖR PROJEKTET Lindholmspiren Göteborg Fax: Magnus Kilian Maria Andrén Tel(dir): , Tel(dir): , E-post: magnus.kilian@epsilon.nu E-post: maria.andren@epsilon.nu Lindholmspiren 9 SE Göteborg Sweden Phone: +46 (0) Fax: +46 (0)