Free Sensor Sample Order Now

Utveckling av testrigg fr mtning av dckfriktion mot vintervglag

THORBJRN ALDGRD
DAVID JOHANSSON

Lule tekniska universitet
Institutionen fr Tillmpad fysik Maskin- och materialteknik
Avdelningen fr Maskinelement

Abstract

This master thesis is a product development project that has been carried out in Lule at the University of Technology and at Caran in Gothenburg. The assignment was to develop a test rig for measurements of friction between a tire and the surface of different winter roads on the basis of a list of requirements. Since recently Lule University of Technology (LTU) cooperates with Michelin. The idea with this master thesis is that the division of machine elements at LTU will receive the fundamentals in tires and their including parameters to lead the project to next level.

The objective for this work is to develop a testrig that enables a quick procedure, which contains the test itself, and characterization of the surface. The purpose in developing the testrig is to evaluate which type of tire that suits best for the current road conditions and to find the relation between the characteristics of the surface such as temperature, humidity, hardness, topographic, etc. and the characteristics of the tire for example geometrics of the pattern, the constitution of the rubber mixture, etc.

A specification of requirements was prepared containing all demands set on the test rig. Among all demands the most important ones to fulfill is to achieve superior repeatability, the fewer factors influencing the test results the better. The test procedure must be rapid so a number of tires can be tested during a relatively short period of time. It must be possible to carry out the test by one operator without being exposed to non ergonomic situations. On the basis of these demands a number of different concepts were prepared, all of them more or less fulfilling the list of demands. Out of these concepts, one was chosen for investigation of its relevance and viability.

The selected concept is based on an old device called Jumping ball whose purpose is to evaluate the obstruction of friction for different oils and greases. The concept consists of two rails with an adjustable angle towards the surface. The wheel rests on a frame on a slider whose wheels runs inside the rails on its way down towards the ground. When the wheel bounces, it immediately leaves the frame. A moment is engendered around the contact patch which simplified can be regarded as a line. The wheel will start to rotate and the velocity of the rotation is dependent of the amount of friction that occurs in the contact between the tire and the surface. The rate of rotation will be recorded with a high-resolution camera, transmitted to a computer and translated to the coefficient of friction.

The final concept fulfills all the high valued requirements with satisfaction. Some of the low valued requirements were renounced.

1 Inledning

Detta kapitel beskriver problemets bakgrund, problemet i sig och vad som skall lsas. En enklare presentation av uppdragsgivare och vilka ml som skall uppfyllas ges.

1.1 Bakgrund

Pascal Ehret p Michelin tog vintern 2005 kontakt med Roland Larsson p Tribolab vid avdelningen Maskinelement p Ltu, Lule tekniska universitet. Frgan som stlldes var om Ltu kunde tnka sig att pbrja ett forskningsprojekt p vintervglag och hur dckets egenskaper pverkar vggreppet. Lules geografiska lge r optimalt, lngt norrut, lng vinter, nrhet till den allt mer vxande biltestindustrin i inlandet och hr finns mycket kunnande.

Vid Ltu finns tv forskargrupper med stor kompetens inom omrdena friktion, provning och sn/is-karaktrisering. Den ena gruppen finns inom avdelningen fr maskinelement. Dr drivs med stor framgng forskning inom tribologi, d.v.s. lran om friktion, ntning och smrjning. Dr finns frutom en stor forskargrupp ocks ett av Europas bst utrustade laboratorium fr tribologiska studier, Tribolab. Gruppen har gott internationellt rykte och r en av Europas strsta inom omrdet. Den andra gruppen finns inom avdelningen fr byggkonstruktion. Hr finns motsvarande mngriga kompetens och erfarenhet inom sn- och iskaraktrisering, erfarenhet finns dessutom av istillverkning fr biltestning. Tillsammans ger dessa grupper mycket bra frutsttningar fr kvalificerade vetenskapliga studier av dckfriktion och dess relation till vgunderlagets egenskaper.

Som en del i detta forskningsprojekt kunde ngra examensarbeten utformas. Detta examensarbete bestr av utveckling och modellering av en mobil testrigg fr att testa olika dcks friktion mot olika vintervglag p ett snabbt och relativt enkelt stt.

1.2 Uppdragsgivare

Nedan r de inblandade uppdragsgivarna kort presenterade. Dessa r Ltu, t vilka uppdraget utfrs, och Caran dr en av examensarbetarna utfrde arbetet.

1.2.1 Lule tekniska universitet Tribolab

Tribolab r en verksamhet under avdelningen maskinelement p institutionen fr tillmpad fysik, maskin- och materialteknik. De bedriver tribologisk provning och karaktrisering av material under olika driftsfrhllanden i syfte att minska antalet haverier och skador inom industrin tack vare reducerat slitage och frbttrad smrjning. Tribolab utfr ocks berkningar och modelleringar kopplat till laborativa tester.

1.2.2 VW-Data Caran AB

Fretaget bildades 2003 utifrn de verksamheter som tidigare var knda som Knight och Caran och r idag en av de stora aktrerna inom den svenska konsultbranchen. Det r inom produktutveckling som fretaget har en stark position. Fretaget har fullstndiga resurser inom design, konstruktion och avancerad prototyptillverkning, men ocks fr utveckling av produktionsmetoder och verksamhetsstd. Caran r mycket delaktigt inom utvecklingsarbetet i svensk bilindustri och med ovan nmnda resurser mjligheter till att in house ta fullt ansvar fr konstruktion, utformning och analys av nya produkter och dess funktion.

1.3 Problembeskrivning

Att kunna erhlla ett vrde p friktionen mellan ett dck och det specifika vglaget r idag nskvrt frn dcksleverantrer, biltillverkare och testindustrin. Dagens testriggar fr dck r frmst konstruerade fr att utfra sitt arbete stationrt i labbmilj. De riggar som finns fr tester i flt anvnder sig av ett s.k. referensdck som alltid skall anvndas och r dessutom komplicerade att utfra ett dckbyte p om man vill jmfra olika dcks egenskaper.

Michelin bad Lule tekniska universitet att utveckla en testrigg som mjliggjorde snabba tester av dck samtidigt som vglaget skall kunna karakteriseras. Detta fr att kunna utvrdera vilken typ av dck som passar bst fr vglaget som rder fr dagen. Examensarbetet omfattar inte att utveckla karaketriseringsutrustningen till frdig produkt men frslag till vilka parametrar som br studeras lmnas av examensarbetarna.

1.4 Ml

Examensarbetets ml r att genomfra en konceptstudie p en testrigg fr mtning av dckfriktion i vintervglag. Konceptstudien skall leda fram till ett slutgiltigt koncept som uppfyller de krav och om mjligt de extra nskeml som stlls p projektet s gott som mjligt. Det slutgiltiga konceptet dimensioneras och ritas upp i ett 3D CAD-program.

2 Arbetsmetod

Detta kapitel beskriver versiktligt hur arbetet har utfrts och vilka faser som examensarbetarna har gtt igenom.

Arbetet inleddes med att en frstudie genomfrdes fr att underska vilka typer av testanordningar som existerar och testriggar inom andra omrden som skulle kunna ge ider s.k. related technology. Tillsammans med handledare i Lule upprttades en kravspecifikation fr testriggen, ven innehllandes ngra nskeml frn handledarnas sida. En inledande projektplanering upprttades ocks vid exjobbets brjan, se Bilaga I.

En utvecklingsprocess kan utarbetas med hjlp av flertalet olika metoder som strukturerar upp genomfrandet. figur 1 r en schematisk bild ver hur arbetet med att utveckla testriggen har utformats.


figur 1 - Scematisk bild ver utvecklingsarbetet, Ulrich & Eppinger (1995)

Konceptgenereringsfasen startades med hjlp av samarbetspartners p Caran och andra intressenter. Under perioden gjordes studiebesk fr att f mer ider och feedback till olika koncept. Slutligen fanns det ett flertal frslag till hur testriggen skulle kunna utformas. Dessa koncept granskades och utvrderades sedan noga. Drp, i samrd med intresserade parter, valdes det koncept som bst uppfyllde kravspecifikationen och intressenternas nskeml. Det slutgiltiga konceptet frfinades och granskades noga fr att ta reda p om det var genomfrbart och funktionsdugligt.

3 Teori

I Kapitlet beskrivs den grundlggande teorin gllande friktion, ven vglagets karaktr och inverkande parametrarna vid dckfriktion behandlas.

3.1 Friktion

Kontaktkrafter uppstr d tv kroppar kommer i kontakt med varandra. Dessa kontaktkrafter bestr av normal- och friktionskrafter. Normalkraften r resultanten till en kropps tyngdkraft (betecknas N). Friktionskraft r en komponent som r parallell med ytan (betecknas Fk), se figur 2.


figur 2 - Formel fr berkning av friktionskraften.

Friktionskraftens riktning r alltid den motsatta till rrelseriktningen. Den friktion som uppstr d ett freml glider ver en yta kallas den kinetiska friktionskraften, Fk. Friktionskrafter uppstr ven nr det inte frekommer ngon relativ rrelse, detta kallas fr den statiska friktionskraften, Fs. Se figur 3 fr friktionsprincipen.


figur 3 - Princip fr kinetisk friktion.

Friktionskoefficienten r en enhetsls och den r inte konstant fr ett material utan r en karakteristisk enhet fr egenskaperna som de tv materialen/kropparna under vissa frhllanden har tillsammans.

3.2 Vglag

Vid utveckling av dck strvar tillverkarna efter att rullmotstndet dvs. friktionen mellan dck och vglag vid rotation skall vara s liten som mjligt. Detta leder till att brnslefrbrukningen blir lg och dckljudet i kupn blir lgre. Samtidigt efterstrvar tillverkarna att friktionen vid handling (acceleration, retardation och styrning) skall vara s stor som mjligt d det r dessa faktorer som utgr trafikskerheten. Detta r en balansgng som dcktillverkaren mste anpassa sig och sina produkter till.

Vglagets yta kan karaktriseras med mikro- och makroslthet samt mikro- och makrorhet, figur 4 beskriver skillnaderna mellan dessa, Denna karakterisering kan gras p vglag av bde vinter och sommartyp.


figur 4 - Beskrivning av vgytans karaktr, Michelin 2001.

Makrorheten drnerar och frvarar vatten men kan inte bryta igenom den terstende vattenfilmen. Denna vattenfilm r d en risk fr vattenplaning vilket motverkas om mikrorhet existerar d denna rhet bryter igenom vattenfilmen och skapar punkter med mycket hgt kontakttryck mellan dck och vgyta. Bda ovan nmnda kan ses i figur 5.


figur 5 - Makro- och mikrorhetens egenskaper, Michelin 2001.

3.3 Friktion vid bilkrning

Faktorer som pverkar friktionen mellan ett dck och vglaget r mnga och det r bara ett ftal som fraren av fordonet kan pverka. I figur 6 illustreras detta med hjlp av material frn Coralba.


figur 6 - Faktorer som pverkar friktionen (Coralba)

De vglag som rder i ett land som Sverige r mnga och olika under ett r. Friktionskoefficienten fr kontakten mellan dck och vglag varierar mycket och utgr en stor fara i trafiken vid oaktsamhet, se tabell 1.


tabell 1 - Ungefrliga friktionskoefficienter fr olika vglag.

4 Egenskaper hos dck

Kapitlet kommer att ge en inblick i bildckets uppbyggnad, egenskaper och utveckling. Det kommer ven beskrivas varfr vissa dck r mer lmpade fr olika applikationer n andra. Huvudsakligen har informationen hmtats frn Haney, P The racing and high-performance Tire och Michelin The tyre grip, ven sidor p internet har bisttt med information.

4.1 Gummi Dckets byggsten

Gummi r knt i sin naturliga form sedan 2500 r tillbaka, d infdingar i Central- och Sydamerika upptckte dess vattenavvisande egenskaper. P 1600-talet kom de Spanska upptcktsresande i kontakt med materialet och frst i brjan p 1700-talet kom det till Europa. Under den tidigare halvan av 1800-talet upptcktes vulkaniseringsprocessen som gjorde gummi mer anvndbart d det i sin naturliga form hade en tendens att bli en klibbig massa sommartid och stenhrt vintertid. I och med vulkaniseringen behll gummit sina elastiska och visksa egenskaper ver alla temperaturer. I brjan av 1900-talet utvecklades syntetiskt gummi som fljd av att naturgummit inte kunde uppfylla industrins mngdbehov.

Gummi r uppbyggt av lnga polymerkedjor bestende av upprepade kemiska enheter, s kallade monomerer. Naturgummi, mer knt som latex, r en blandning av polymerer. Den dominerande r isopren och latex r till strst del en polyisopren polymer. Innan vulkanisering r gummit mjukt, lttformligt och ndrar ltt karaktr efter temperaturen. Detta innebr att polymererna rr sig fritt mot varandra. Nr man vulkaniserar gummit tillstts bl.a. svavel och sedan vrme. Starka bindningar skapas d mellan polymerkedjorna och frn att ha varit ett rinnigt, klibbigt material blir det vrmeresistent, fast och fr kad tjbarhet.

Generellt kan sgas att gummi r ett viskoelastiskt material med egenskaper som ligger ngonstans mittemellan en visks vtska och en elastisk solid. En grov frklaring r att gummi har egenskaper som ett komplett fjderben till en bil, det har elasticiteten som en fjder och den viskst dmpande effekten som en sttdmpare. Beroende p hur gummit framstlls och vulkaniseras kan nskad frdelning av dessa egenskaper uppns.

4.2 Dckfriktion

Friktion i dck uppkommer p tre huvudsakliga stt, adhesion, deformation och slitage. Alla pverkar de friktionstalet i kontaktytan p sitt speciella stt och tillsammans utgr de dckets friktionsegenskaper, de tv frst nmnda typerna ses p nsta sida i figur 7.

Adhesion r en egenskap hos gummi som fr den att fsta vid andra material. Generellt sett r det ett resultat av tillflliga molekylra bindningar i kontaktytan mellan de tv ytorna. Om bindningsstyrkan r densamma ver alla kontaktpunkterna s r kraften som motstr glidning proportionell mot den totala kontaktytan. Skulle bda ytorna vara perfekt slta skulle kontaktytan vara den med gat observerade men s r inte fallet med verkliga material. P en molekylr niv r ytan vldigt grov vilket gr att kontaktytan kan bli mycket strre beroende p egenskaper hos materialet och vilka krafter som inverkar vid kontakten. Ju strre kontaktarea som uppstr desto starkare blir adhesionen.

Nr gummi kommer i kontakt med en slt yta, som t.ex. glas, r det i stort sett bara genom adhesion som friktionskrafter uppkommer. r ytan ojmn brjar ven deformationsmekanismen hos gummi att generera friktionskrafter. Om en bit gummi frs ver en ojmn yta, resulterar det i deformationstoppar p gummiytan, skapade av de mycket sm ojmnheterna p kontaktytan. Om kontaktytan var blt i detta fall, skulle ingen direktkontakt med gummit ske och drmed ingen pverkan av adhesionskraften. Friktionskrafter genom deformation r de som ger mest friktion mellan ett dck och en vt vgbana.


figur 7 - Friktionstyperna deformation och adhesion - Michelin 2001.

Utver adhesion och deformation producerar gummi ven friktionskraft genom slitage. Nr deformationskrafter samt glidhastigheter stiger, kar ibland det lokala trycket till en niv ver gummits strckgrns vilket leder till permanent deformation. Nr detta sker absorberas energi och extra friktionskraft tillkommer. Utstts gummit fr sdan belastning under lngre tid kan material brja separera frn ytan, dvs. gummit slits loss. Kan knnas igen som svarta streck p asfalten som kan uppkomma vid kraftig inbromsning eller acceleration med t.ex. bil.

4.3 Dckdesign och gummiblandningar

Vid framtagning av nya dck finns det mnga inverkande parametrar gllande utformning och gummiblandningar. Parametrar som adhesionsfrmga, slitagebestndighet och temperaturberoende inverkar p varandra och fr att uppn nskade egenskaper mste ibland kompromisser gras. Ett dck med bra fste (racingdck) har inte lika lng livslngd som ett vanligt personbilsdck, som i sin tur har smre fste. Densamma gller fr dckmnstret och hur det r utformat, olika gummiblandningar ger olika ljuddmpande egenskaper tillsammans med utseendet p mnstret. Ett dck r inte bara en massa olika gummiblandningar och tillsatsmnen, som t.ex. det viktiga carbon black (sot) och svavel. Fr att dcket skall klara av de olika pfrestningar det utstts fr r olika lager frstrkande stltrd och textiler sammanfltat inuti gummit.

4.4 Beteende hos dck

Under anvndande av dck skiftar beteendet med karaktren p krningen, acceleration, bromsning eller kurvtagning ger alla upphov till olika krafter. Vid acceleration och bromsning r krafterna p dcksidan s pass stora att kontaktytan mot underlaget frndras, i dessa fall flyttas ytan bakom respektive framfr ett tnkt centrum p dcket. Vid kurvtagning gller densamma men beroende p hjulets vinkling fr kontaktytan olika bjd form, se figur 8.

Alla dessa ovan nmnda situationer ger upphov till viss glidning i kontaktytan, hur mycket beror p underlag och dckets vidhftningsfrmga. Nr inverkande krafter blir fr stora och friktionen mellan dck och underlag fr lg resulterar det i att dcket tappar greppet och brjar sladda eller slira.


figur 8 - Dck vid kurvtagning, Michelin 2001.

4.5 Dcktester och utveckling

Den frsta halvan av 1900-talet gick utvecklingen av dck sakta framt d det egentligen inte fanns ngon direkt anledning till konkurrens mellan dcktillverkarna. Nr intresset fr bilracing kade framt 70-talet insg de dock mjligheterna inom denna nisch. Men fr att f de bsta teamen att kra med just sina dck var de tvungna att utveckla de bsta dcken, detta ledde i sin tur till att utvecklingen gick framt i rasande fart.

I dagslget har dcksutvecklingen ntt utanfr racingvrlden och tester grs numera ven fr personbils- och lastbilsdck p en hg niv. Alla strre dcktillverkare har egna testomrden och ven olika testriggar fr testning av dck inomhus i laboratoriemilj.

Fr simulering av torrt vglag och i viss mn ven vtt vglag gr det bra med tester i konstgjord milj, svrare blir det nr man vill testa dckbeteende i vintervglag. De tester som utfrs i dag sker p testanlggningar belgna i omrden med lmpligt klimat. Men trots att klimatet r det rtta har man bara kunnat utfra flttester med fullt utrustade bilar som inte gett lika mycket mtdata och information som tester i laboratoriemilj.

5 Vintervglag

Detta kapitel beskriver kortfattat beteende och egenskaper hos sn och is samt dess definition och frekomst p vintervgar. De parametrar som mste underskas vid en karakterisering av underlaget beskrivs. Det huvudsakliga materialet r hmtat frn Persson, B.N.J Physics of sliding friction, Petrenko, V.F Physics of ice, Vgverket och VTI.

5.1 Definition av vintervglag i praktiken

Den generella definitionen av vintervglag r nr det r sn, is eller frost p vgbanan. I praktiken r det Polisen som bedmer om det r vintervglag eller inte i Sverige. Frn den 1:a Oktober till 30:e April r det tilltet att anvnda vinterdck , den 1:a November snks hastigheten p vgar som anses farliga vid vintervglag och mellan den 1:a December till den 31:a Mars r det lag p att anvnda vinterdck vid vintervglag. Sommardck fr anvndas om det skulle vara torrt vglag i Januari, dock rekommenderar Vgverket att vinterdck anvnds hela vinterperioden d sn och halka kan komma snabbt och ovntat. Dessutom hrdnar sommardck vid lga temperaturer och ger smre vgegenskaper n vid dess egentliga anvndningstemperatur.

5.2 Sn- och iskristallers yta

Ytan hos ett solitt material, vad den n r i kontakt med, r en region dr egenskaperna skiljer sig markant frn mnet utan yttre kontakt. Skillnaden r att det yttre atomlagret inte har samma bindningar som de innanfr vilket resulterar i speciellt beteende. Forskning om ytegenskaper r ngot som expanderat de senaste ren och d speciellt inom isomrdet.

Is r det enda mne folk dagligen kommer i kontakt med som befinner sig runt sin smlttemperatur kring 0C. Alldeles under denna temperatur r isen (snn) vldigt formbar och kan ltt kompakteras till en snboll. Sjunker temperaturen ytterligare fs en kall, torr is som r en pulverliknande substans som inte alls r ltt att packa. Frklaringen till detta r att i nrheten av smlttemperaturen har de fria ytorna ett slags vtskeliknande lager som vid kontakt med varandra bildar solid is. Detta r ngot som bevisats glla ven fr andra material nr mnet befinner sig just under sin smltpunkt.

5.3 Sn och is p vra vgar

Isen, eller snkristallerna, som ptrffas p vintervgar r i mycket skiftande karaktr, mycket beroende p vart i Sverige ptrffandet sker. Under vinterhalvret har sdra delen av landet problem med temperaturvxlingar runt 0C vilket r den besvrligaste temperaturen. Blixthalka genom underkylt regn r mycket vanligt och frsk att motarbeta detta sker genom saltning vgarna. I de nordligare delarna ptrffas inte samma problem d temperaturen oftast ligger konstant under den besvrliga smltpunkten och saltning r inte lika ndvndigt.

Ett besvrligt vintervglag r nr det kommer nederbrd i form av sn vid strax under 0C i kombination med saltad vgbana. Snmodd bildas och utanfr befintliga hjulspr kan det vara mycket svrt att hantera bilen. I norrland r istllet snrk ett vanligt problem, torr sn som yr pga. fartvindar kan minska sikten markant. Utver dessa r det blixthalkan som orsakar flest olyckor under vinterhalvret, ofta i form av singelolyckor.

5.4 Karakterisering av vintervglag

Vid karakterisering av vintervglag finns det mnga olika parametrar som mste beaktas. Dessa pverkar alla mer eller mindre testets utfall och mste sledes studeras fr att full knnedom av vad som sker vid dck/vglags kontakt. Nedan kan lsas vilka olika parametrar som br underskas vid en omfattande karakterisering av underlaget.

Sntemperatur kan mtas med samma utrustning som anvnds fr mer avancerad vallning av lngdskidor dr en mtprob sticks ner i snn. Dessa r mycket exakta men ven en vanlig termometer fungerar fr ndamlet.

Istemperatur kan mtas med en typ av scanner som anvnder sig av infrartt ljus. Av vglngden som reflekterats i isen kan temperaturen hos ytan man.

Lufttemperatur ven detta kan mtas med instrument som anvnds vid lngdskidkning. Det finns instrument kallade Thermohygrometer som kan mta bde lufttemperatur och relativ luftfuktighet vilket ocks r en parameter vrd att underska. Fr att vara exakt behvs mtning av luftens ngtryck och konvektion i kontakten mellan luft och isyta. Den relativa luftfuktigheten r alltid ca 100 % vid ytan.

Sn- och ishrdhet r en annan parameter som br beaktas. Nr hrdheten mts p relativt mjuka material kan ett skraptest utfras. Ett sdant skraptest skulle kunna best av ett hrt metallstift som skrapar i en flack vinkel mot ytan. Kraften kan d mtas i tv vinkelrta riktningar. Det skulle ocks fungera att lna mtmetoder frn hrdhetsmtningar av metaller dr Vickers och Brinell r vanliga metoder dr en spets av vldefinierad form trycks med en exakt kraft in i materialet. Avtryckets mtt mts sedan och behandlas med en formel som ger ett svar p hrdheten, portabla och exakta utrustningar som utfra dessa test finns p marknaden.

Storlek och form p sn/iskristaller kan underskas med den utrustning som idag anvnds av skidpatruller som arbetar med att skra skidomrden ur lavinsynpunkt. Med lupp och ett kort med olika stora rutnt som kristallen lggs p kan storleken underskas. Kristallens form utreds p liknande stt genom anvndning av lupp och jmfrelse med fotograferade kristaller i ett register.

Solinstrlning br mtas d detta kan pverka isen/snn. Detta kan mtas med en pyranometer. Strlningsbalansen, dvs. skillnaden mellan in- och utstrlning r en intressant parameter att underska.

Elektrisk ledningsfrmga och joninnehll hos is/sn underlaget. Detta utfrs genom att prov av underlaget samlas in och smlts fr att sedan underskas. Vid analys av smltan kan ven underskning av partiklar t.ex. sand gras.

Topografi Att studera ytans topografi kan vara mycket intressant. Det krvs avancerad utrustning t.ex. en 3d-scanner, optisk topometer eller liknande som klarar av att arbeta i utomhusmilj.

6 Friktionsmtare idag benchmarking

Ett antal fretag/produkter besktes och undersktes p Internet. Syftet var att ta reda p vilken verksamhet de driver och vilken typ av produkter s som mtare, sensorer och tekniker de anvnder sig av eller utvecklar.

6.1 Studiebesk

Fyra fretag besktes under en studiebeksresa. Resan gav en bra inblick hur det idag arbetas inom omrdet. Tv av de beskta fretagen r verksamma inom flygindustrin och de andra tv inom vgtransportsektorn.

6.1.1 ASFT Airport Surface Friction Tester AB

P en sknegrd utanfr Ystad ligger fretaget ASFT. Leif Graflind, VD p fretaget, visade runt under studiebesket. ASFT r en frkortning av Airport Surface Friction Tester och r fortsttningen p den friktionsmtbil som SAAB utvecklade frn slutet av 1960-talet och framt under namnet SFT, Saab Friction Tester. SFT, vars grund var en SAAB 99 som utrustades ett femte hjul (figur 9), ett hjul fr att mta friktionen mot start och landningsbanor p flygplatser. Idag finns utrustningen tillgnglig i flertalet moderna bilar. Via kedjor, drev och en egenutvecklad bakaxel r mthjulet sammankopplat med bakhjulen.

Tekniken som anvnds r s.k. Fixed Slip och utvxlingen r sdan att mthjulet snurrar ngot lngsammare i frhllande till bakhjulen, med ett konstant slip p 13 %. Spnningen som uppstr i kedjan r proportionell mot friktionstalet . Spnningen i kedjan omvandlas till analoga signaler och ett friktionstal erhlls. Bilarnas fjdring i bakvagnen modifieras d bilarna utrustas vattentankar fr att bevattna vglaget. Anledningen till att vatten anvnds vid mtning av landningsbanors friktion r att nr en jumbojet landar avlgsnas ca 4 kg gummi frn de 16 dcken. Detta gummi stter sig i landningsbanan och worst case ur friktionssynpunkt uppstr d vatten hamnar ovanp den gummiimpregnerade ytan.


figur 9 - ASFTs mthjul.

Nr mtningen r slutfrd kan mthjulet hissas upp via hydraulik och bilen kan anvndas som en vanlig transportbil. Med hjlp av hydrauliken appliceras en last p 140 kg p mthjulet under mtningarna. Samma system finns ven att tillg inmonterat i en slpvagn. Leif tipsade om Zoltan Rado p Penn State University. Zoltan r den som kan mest inom friktionsomrdet nr det gller vglagsmtningar och universitetet han jobbar vid r teoretiskt lngst komna.

6.1.2 SARSYS

Scandinavian Airport and Road Systems AB i Trelleborg utvecklar en liknande utrustning som ASFT, dock finns det en del skillnader. Patric Ling som r teknisk chef visade runt och deltog i intressanta diskussioner. SARSYS anvnder sig av Fixed Slip metoden och fr att f drivning p mthjulet har bakre hgra hjulupphngningen omkonstruerats. En ledad axel som kopplas frn navet i hger bakhjul till mtsystemet har utvecklats och driver mthjulet

Patric stllde intressanta frgor som br beaktas, bl.a. om det avses att utrustningen skall mta friktion i ett hjulspr och i s fall vilket? Man strvar efter att ha viss lutning p vgbanan (ca 3) fr avrinning av regnvatten. I Norge grs mtningar i det vnstra hjulspret. Vatten/smltvatten har tendens att hamna i det hgra hjulspret p.g.a. lutningen och att slitage gr hjulspren som rnnor. En annan fundering frn Patric r om inte worst case uppstr vid sidan av hjulspren d dessa tenderar att bli snfria vid viss mngd trafik.

6.1.3 VTI

Statens vg- och transportforskningsinstitut, VTI, i Linkping besktes fr att se hur de arbetar och vilken utrustning de har utvecklat. Bengt Wlivaara visade runt och instruerade hur deras utrustning till viss del fungerade. En del av utrustningen var konfidentiell fr projektet d examensarbetet uppfattades som konkurrerande till den verksamhet som VTI bedriver.

Bengt stllde tnkvrda frgor och gav information och tips gllande saker som i framtiden kan vara mycket vrdefulla fr forskningsprojektet vid Ltu, t.ex. vilket krav p toleranser som r satta p testriggen och vikten av att utveckla ett stabilt och bra kalibreringsfrfarande. Under studiebesket visades friktionsmtvagnen BV-11 upp som r en slpvagn utvecklad av VTI med tv standardhjul samt ett tredje mthjul. Vagnen vger ca 350kg och den last som appliceras p mthjulet r ca 100kg, tekniken r av ldre modell men tillfrlitlig.

Friktionsmtarlastbilen BV-12 visades ocks upp, detta r en 12 tons lastbil med ett mthjul med fixed slip som r monterat p bakndan av lastbilen. Fr projektet r detta mtfordon intressant d man kan vrida p mthjulet s att sidokrafter uppstr vilket r satt som ett av nskemlen p projektets mtutrustning. Det visade sig dock att BV-12, trots sin vikt, utstts fr mrkbar avdrift d mthjulet snedstlls. Enligt Bengt r det inte aktuellt att montera en sdan utrustning i en slpvagn. Denna br istllet monteras p ett stabilt och oledat ekipage med relativt hg vikt.

Bengt informerade ven om en mycket anvndbar givare fr hjulnavsmtning frn det Schweiziska fretaget Kistler. Givaren vid namn RoaDyn mter moment och krafter treaxligt och kan vara mycket anvndbar.

6.1.4 Coralba

Robert Sundqvist p fretaget Coralba kontaktades fr att f hans syn p friktionstestning och lite tips och ider. Coralba r ett fretag som grundades i slutet av 70-talet och har sedan dess varit ledande p marknaden fr trippmtare bde inom rallysporten och som mthjlpmedel fr verksamheter inom infrastrukturen. Som tillgg har en funktion utvecklats som mter friktionen med hjlp av bilens bromssystem. Coralbas friktionsmtare (figur 10) r idag den mtare som anvnds av Vgverket i Sverige och dess motsvarighet i Norge och Finland. Systemet anvnder sig av retardationsmetoden dr fordonet krs i ca 70km/h, motorn frikopplas och sedan tvrbromsas hela ekipaget. Med hjlp av bilens system och erhllna data som bromsstrcka och hastighet fre och efter inbromsningen kan ett vrde p berknas.


figur 10 - Friktionsmtare frn Coralba

Under frvintern har Coralba bedrivit kalibrering av sina kunders instrument p olika platser i Sveriges inland. Examensarbetarna blev inbjudna fr att delta vid ett sdant tillflle med syfte att bekanta sig med retardationsmetoden som hittills bara hade studerats via Internet och att f insikt i hur kalibrering kan utfras av friktionsmtutrustning. Platsen som besktes var Bjurholm ca 6 mil vster om Ume. Fordonen utrustade med Coralba friktionsmtare som skulle kalibreras kom frmst frn Vgverkets regioner Ume norra, Ume sdra och Vnns. ven Skanska m.fl. hade fordon p plats. Som referens anvndes en friktionsmtvagn av typ BV-11 frn VTI, kalibreringsprotokollet finns som bilaga. Se Bilaga II.

Vglagets friktion mts frst med friktionsmtvagnen och anvnds sedan som referensvrde. Fr fordonen utrustade med Coralba noteras tjnstevikt, typ av dck (fabrikat, storlek, dubb eller friktionsdck), dckstryck och mnsterdjup. Det r viktigt att dessa parametrar hlls s konstanta som mjligt under hela ssongen fr att vrdena skall hlla hgsta mjliga korrekthet.

Frsta momentet i kalibreringsprocessen r att utfra en distansmtning p en uppmtt strcka som r 1000m. Om Coralban inte visar 1000m s mste distansfunktionen kalibreras d distansmtning r en ingende och viktig faktor vid friktionsmtningen nr bromsstrckan mts. Fr att utfra kalibreringen av friktionsmtningen utfrs sedan en serie om sex friktionsmtningar p den av BV-11:an i frvg uppmtta friktionsmtstrckan. Ett medelvrde av de sex mtningarna rknas sedan ut.

Fr att kontrollera friktionsmtstrckan igen utfrs ytterligare mtningar av BV-11:an. Referensvrdet som BV-11:an levererar divideras med det medelvrde som respektive provfordon mtt upp. Det vrde som erhlls r kalibreringsvrdet som sedan lggs in i friktionsmtaren som en korrektionsfaktor till friktionsberkningsformeln. Fr att kontrollera att kalibreringen r korrekt utfrd skall fyra kontrollmtningar utfras, dessa skall ge vrden nraliggande de som uppmtts med BV-11:an.

6.2 Underskning p Internet

Utver studiebesk hos tidigare nmnda fretag gjordes ett flertal skningar p Internet med ngra intressanta trffar som resultat. Fr vidare information om dessa hnvisas till ett antal webbadresser i referenslistan.

6.2.1 Douglas Equipment Mu-meter

Douglas Equipment grundades 1947 och bedriver sin verksamhet i Cheltenham, England. Fretaget har blivit en vrldsledande leverantr av bogsertraktorer fr flygplan. Man har ven utvecklat en friktionsmtvagn fr start och landningsbanor, se figur 11. Denna utrustning heter Mu-meter och r en friktionsmtare av trailertyp med en vikt p 256 kg.

Mu-meter r speciell s till vida att den mter sidofriktionen p dcken genom att de tv mthjulen stts i 7.5 toe out position. Med hjlp av ett tredje hjul som mter avverkad distans och en lastcell som mter den kraft som vill dra isr mthjulen p grund av toe out vinkeln kan ett vrde p vglagets friktion levereras. Vagnen ansluts till en laptop som behandlar signalerna frn sensorerna och genererar den data som efterfrgas. Tester utfrs normalt i hastigheten 40 miles/h (~64km/h).


figur 11 - Mu-meter

6.2.2 Findlay Irvine Griptester

Det skotska fretaget Findlay Irvines Griptester utvecklades under 1980 talet i samarbete med Cranfield University i England. Sedan 1987 har Griptester levererats till flygplatser och vgvsen runt om i vrlden. Griptester (figur 12) r en liten, kompakt vagn som frmst dras efter ett fordon men den finns ven som en portabel version framdriven av handkraft. Griptester vger 85 kg och kan anvndas i hastigheter frn 5km/h till 130 km/h.

Metoden som anvnds fr att mta friktionen kallas Braked wheel ven kallad Fixed slip och fungerar s att vagnens tredje hjul r lnkat till de bda andra hjulen. Lnkaget genererar en bromverkan s att 15 % slip uppstr. Sedan mts momentet p det tredje hjulets axel. Vagnen r PC kompatibel och med en laptop kan all data samlas in i det fordon som utfr testet.


figur 12 - Griptester

6.2.3 Norsemeter Roar och Runar

Norsemeter r ett norskt fretag som har utvecklat olika typer av dckfriktionsmtare exempelvis Roar och Runar, se figur 13. Dessa mtutrustningar r av phngstyp till antingen en bil, lastbil eller slpvagn. Tekniken som anvnds r s.k. variable slip technique dvs. att bromskraften p mthjulet kan varieras frn fritt rullande till nstan lst och d uppstr en mer eller mindre glidning mot vglaget. Detta sker inom loppet av mindre n en sekund, sensorer och en dator genererar en kurva (-slip speed kurva) dr maximal friktionskoefficient , kan utlsas.

Norsemeter har ven utvecklat en egen mjukvara, Norsemeter STUDIO - Pavement Surface Expert, som levererar den fakta ver vglagets ytkarakteristik som anvndaren efterfrgar som friktion, mikro och makro ytstruktur.


figur 13 - Roar & -slip speed kurva

7 Mtmetoder dckfriktion

Fr att mta dcksfriktion mot vglag har ett flertal olika mtmetoder utvecklats. Dessa metoder anvnder sig av olika principer fr att utfra mtningen. Nedan fljer en presentation av de vanligast frekommande. Informationen r funnen p Internetsidor och adresser terfinns bland webreferenser.

7.1 Fixed Slip

Utrustningen fr mtning med metoden Fixed Slip bestr av ett bromsat mthjul som mter glidmotstndet fr den valda testytan, ofta anvnds en bil eller slpvagn fr denna typ av friktionsmtning men ibland ocks lastbilar. Om testytan r ren och torr br den sprutas med en viss mngd vatten precis framfr mthjulet. Systemet registrerar bromsfriktionen lngs hela teststrckan och kan leverera mtvrden fr valda segment av strckan.

Metoden stmmer inte alltid verens med andra mtmetoder men syftet med Fixed Slip r att kunna jmfra ett underlag mot ett annat eller underska hur friktionen fr ett underlag frndras under en viss tid. Vrdena som erhlls r otillrckliga fr att kunna berkna hur lng stoppstrcka ett fordon behver vid en viss hastighet och kan heller inte ge svar p vid vilken hastighet som kontrollen ver fordonet gr frlorad p.g.a. att topp och sidokraftsfriktion mste beaktas.

7.2 Variabelt Slip

Testmetoden mter longitudinell friktion med en utrustning som anlgger en bromskraft s att glidning uppstr mellan dck och vgytan. Glidningen kan kontrolleras frn fritt rullande till lst hjul. Metoden gr ut p att flertalet mtningar grs med en vxande plagd bromskraft p mthjulet samtidigt som mtutrustningen dras ver teststrckan. Mthjulets rotationshastighet kontrolleras fr att ge en i frvg bestmd variabel glidratiogradient. En konstant last r applicerad p mthjulets axel och den longitudinella hastigheten hlls ofrndrad

De uppmtta vrdena motsvarar friktionen uppmtt med enbart denna metod och verensstmmer inte alltid korrekt med andra metoder. Vrdena r mnade att jmfra bromsfriktionskraften mellan olika underlag och att underska frndring av bromsfriktion fr en viss typ av underlag ver tiden och efter slitage. Att utvrdera ett specifikt dcks bromsfriktion r ocks ett av metodens omrden. Liksom fr Fixed Slip gller att erhllna vrden r otillrckliga fr exakta berkningar av stoppstrckor mm.

7.3 Retardationsmetoden

Denna metod ger bst resultat med ABS-bromsar men fungerar ven utan. Hela fordonet anvnds som mtvagn. En typisk testprocedur gr till enligt fljande. Fordonet krs i ca 70km/h, motorn frikopplas och sedan tvrbromsas fordonet i minst 2 sekunder. Med hjlp av bilens system och erhllna data frn mtutrustningen som t.ex. bromsstrcka och retardation kan man sedan f ett vrde p . Denna metod r mer avancerad s till vida att den anvnder sig av bilens system och inte ngon extra mekanik. System som anvnder sig av denna metod r inkopplingsbara i alla bilar. Korrigeringsvrden fr vindmotstnd och effekten av uppfr och nedfrsbackar kan programmeras in i mtutrustningen. Mjligheterna r stora med detta system, fraren kan f varningar p en display och med ljudsignal om att halka rder.

7.4 Portable Skid Resistance Tester Pendulum Tester

Utrustningen bestr av en portabel stllning med en pendel, se figur 14. Med pendeln kan punktmtningar utfras och den passar inte fr mtning av lnga vgstrckor. Den kan mta tv olika vrden, PSV och SRV.

PSV, Polished Stone Value, ger ett vrde p hur stort motstnd vgstenar, som vglag till stor del bestr av, har mot den polerande effekt som uppstr av dcken. Graden av polerade vgstenar har en stor pverkan p nr dcken brjar glida. SRV, Skid Resistance Value, r vrdet p hur stort motstnd som vgytan har mot att glidning uppstr.


figur 14 - Pendulum tester

Instrumentet r en enkel och hllbar konstruktion med en okomplicerad testprocedur. Med en knapptryckning slpps pendeln frn sin horisontella position. Nr den nr botten p sin bgformade bana kommer pendeln i kontakt med vgytan. Hjden som pendeln nr p den motsatta sidan frn startlget kan sedan omvandlas till vgytans glidmotstnd. Ju hgre motstnd som vgytan genererar desto lgre kommer pendeln att n. En visare fljer med pendeln upp och stannar p dess hgsta lge och kan sedan lsas av mot en skala.

De problem som kan uppst vid anvndning av Portable Skid Resistance Tester r stor spridning p resultaten d testutrustningen r knslig fr felaktig uppstllning. Om inte utrustningen kan riggas s att gummiklacken i det nrmaste fr exakt samma grad av kontakt mot vgytan vid alla tester kommer repeterbarheten och jmfrbarheten att kraftigt reduceras, ven en ojmn vgyta bidrar till samma effekt.

8 Kravspecifikation 1 testutrustning

Detta kapitel tar upp de krav som var uppsatta som riktlinjer fr det begynnande arbetet. De flesta av kraven var satta men ett antal har tillkommit som framtida spekulationer. Kapitlet avslutas med en utvrdering av denna frsta kravspecifikation.

8.1 Krav och framtidsspekulationer

Nr forskningsprojektet Dckfriktion i vintervglag startades och detta delarbete bestmdes var kunskapen inom omrdet liten. Mycket kunnande inom friktionsomrdet fanns p universitetet men inga praktiska erfarenheter nr det gllde friktionsmtning av bildck i vintervglag. Olika tnkbara intressen och krav p en tnkt testutrustning sattes upp fr att f en ungefrlig bild av vad som skulle kunna bli en mlsttning. Innehllet i specifikationen skulle underskas och utvrderas fr att f en bttre bild p dagens marknad och en mer passande kravspecifikation skapas med mer kunskap inom omrdet bakom besluten.

Nedan beskrivs kraven i fyra olika kategorier, de tv frsta innehllande krav som gavs frn brjan med enstaka tillgg, medan de tv senare r allmnna tillgg som tillkommit d de tycktes kunna vara intressanta i framtiden.

8.1.1 Stllda krav p testutrustningen

Huvudsyftet med testutrustningen som utvecklas r att den med en bra noggrannhet br kunna mta friktionstalet mellan dck och vintervglag. Utrustningen skall vara konstruerad p ett sdant stt att den med ltthet kan manvreras av en person och att testet som utfrs skall vara snabbt fr att p kort tid kunna testa en mngd dck med olika mnster samt gummilegering. Detta krver att byte av komplett hjul mellan testerna r enkelt och inte fysiskt pfrestande p ett oergonomiskt stt. Testutrustningen br vara av sdan karaktr att den framfrs av annat fordon fr att underltta anvndandet samt anvndningsomrdet.

Mtvrden som testutrustningen skall mta r accelerations- samt retardationsfriktion, vilken mtmetod som skall tillmpas fr varje moment r en del av arbetsuppgiften som skall utfras. De mtdata som samlas in under en mtning skall p snabbt och informativt stt kunna utlsas p en dator. Proceduren fr en mtning skall vara enkel och inte alltfr komplicerad d det finns visioner om framtida marknad bland olika testfretag som ser en enkel testutrustning som stor frdel.

Fr att uppn mlet med att kunna stlla upp ett samband mellan dckets egenskaper och vintervglaget krvs ocks att utrustningen kan karakterisera underlaget som testet utfrs p. En sdan karakterisering kan innehlla parametrar som lufttemperatur, sn temperatur, luftfuktighet, hrdhet p underlag, ytstruktur, mm.

8.1.2 nskvrda krav p testutrustningen

Projektet skall ven strva efter att kunna mta transversell friktion och vridmoment som uppstr vid situationer som svngning i olika hastighet samt stillastende. En lsning p detta krav skulle gra installation av hghastighetskamera extra intressant fr att kunna studera hur dcket deformeras under de olika testmomenten.

8.1.3 Allmnna krav p testutrustningen

Testutrustningen har en del sjlvklara krav som inte fr frbises, dribland att den kommer nyttjas i ett krvande vinterklimat med allt vad det innebr. Sn som yr, slask som skvtter, saltat och sandat underlag, temperaturer som varierar frn strax ver 0C till extremare temperaturer nedt -30C. Mtinstrumenten som kommer att sitta monterade mste sitta i en skyddad milj s att driftstopp inte sker pga. ngon av ovan nmnda saker.

Fr att testutrustningen inte ska falla in i samma fack som redan befintliga mtvagnar nskas en ergonomisk design som r tilltalande och som visar att det r ngot speciellt. ven viss hnsyn till aerodynamik r nskvrt d utrustningen kan komma att framfras i hgre hastigheter n normalt fr ett pkopplingsbart slp.

Ett krav p utrustningen var att man snabbt skulle kunna screena en stor mngd dck. Att d kunna transportera alla dck som ska testas p samma vagn skulle underltta en massa samt minska hanteringen av dck mellan eventuell fljebil och testutrustning.

8.1.4 Tnkbara funktioner i framtiden

Syftet med testutrustningen som skall konstrueras i detta projekt r att den kommer vidareutvecklas, utrustas med olika mtutrustning samt andra mjliga funktioner. Att kunna testa olika dckdimensioner, bde diametral samt bredd, kan vara intressant. Detta krver extra tanke vid konstruktionen av det som kommer att bli testhjulets upphngning. Viss mjlighet att kunna variera bultdelning beroende p flg som anvnds r en bra sak att ha i tanke, d det kan finnas flera olika intressenter av den frdiga produkten.

Tanken r att det p testutrustning skall finnas en vgkarakteriseringsenhet men att ven utveckla mjligheten att sjlv kunna preparera underlaget vore en enorm mjlighet. Att t.ex. kunna hyvla, polera eller kanske vattna underlaget kontrollerat, skulle leda till mindre parametrar att ta hnsyn till.

8.2 Utvrdering av kravspecifikation 1

Efter knappt tv mnaders arbete presenterades de underskningar som gjorts och de slutsatser som kunde dras diskuterades, fr att p bsta stt kunna ta beslut om det fortsatta arbetet. Det som konstaterades var att om de ursprungliga intressena och kraven skulle fljas, skulle resultatet fr detta arbete bli ett konstruktions- samt funktionslsningsfrslag. Testutrustningen skulle bli vldigt avancerad och mer tid n vad som var tillgngligt skulle vara ndvndigt att lggas p den i framtiden.

Istllet bestmdes att en ny inriktning skulle vljas och mlet en okomplicerad testutrustning som p enkelt stt skulle kunna mta friktionstalet fr en liten arbetsyta. En frdig testutrusning nskades ocks fr att tester skulle kunna gras s fort som mjligt, och mer erfarenhet inom omrdet uppns.

9 Kravspecifikation 2, testutrustning

Detta kapitel behandlar den frndrade kravspecifikation som arbetats fram efter att den underskande fasen genomgtts och ursprungliga intresset ndrats samt en ny inriktning bestmts.

Nedan terfinns de krav som arbetades fram efter att mer kunskap inom dckfriktionsomrdet samlats in under underskningsarbetet. Anledningen till att en ny kravspecifikation togs fram var att den ursprungliga var lite fr avancerad fr ett nystartat forskningsprojekt. Intresset skulle istllet rikta sig mot att f mer frstelse inom omrdet fr att senare utveckla vidare en till en brjan enklare modell. Den nya kravspecifikationen har ftt med sig en hel del krav frn den ursprungliga men blivit mer inriktade p enkelhet och okomplicerade lsningar. Kraven har tagits fram i samrd med framfrallt Roland Larsson och Elisabet Kassfeldt.

9.1 Kravtabell

I fljande presenterade tabell terfinns alla de krav som satts upp fr testutrustningen, se tabell 2. De r indelade i fyra kategorier fr att ge en bttre verblick ver de berrda omrdena. Kategorierna r funktions-, mtnings-, handhavande- samt konstruktionskrav och r inom varje kategori sorterade med hgst prioritet verst och sedan i fallande ordning.

Fljande personer utver examensarbetarna, (TA, DJ), var delaktiga under framtagandet av kraven, Roland Larsson (RL) och Elisabet Kassfeldt (EK), ven listade i kravtabellen. Kolumnen med kravstllare kan ses som vem/vilka som kommit med kravfrslaget, alla krav r sedermera godknda. nskeml fanns om att f Michelins sikt, men de kom med vldigt sent i arbetet. Deras nskeml var mer riktade t arbetets frsta inriktning och hade drfr inte s stor inverkan d det var bestmt att en enklare testrigg var av strst intresse vid framarbete av den slutgiltiga kravspecifikationen.




tabell 2 - Slutgiltig kravspecifiketion

9.2 Kostnadskrav

Utver den punkten i kravtabellen som berr helhetskostnaden skall ven en kostnadskalkyl tas fram fr det slutgiltiga konceptet. Framtagandet av testriggen mste hlla rimliga grnser och ge en god kostnadseffektivitet framfrallt gllande tillverkning av detaljer. Instrument, kameror och liknande kan anvndas p institutionen inom andra projekt, i kapitel 12 kan en kostnadskalkyl studeras.

9.3 Tillverkning

Tillverkningen av testutrustningen kommer i den mn det gr, att tillverkas i universitetets lokaler. Mer komplicerade moment blir utlejt p fretag med rtta kompetensen. Den slutgiltiga monteringen av alla detaljerna kan ske i Tribolab nr dessa r tillverkade.

9.4 Viktningsmatris

Med bestmda krav kunde en viktningsmatris skapas dr de fyra kategorierna infrdes. Viktningsbetyg diskuterades fram och utver fallande placering fick nu varje krav ett betyg mellan 0-5 fr att indikera dess mer exakta prioritering. Viktningsmatrisen skapades fr att p ett enkelt stt kunna jmfra alla koncepten med varandra, mer om detta gr att lsa i konceptviktningskapitlet.

10 Konceptgenerering

Kapitlet tar upp hur konceptgenereringen gtt till med olika brainstormingsessioner samt resultatet av dessa som finns beskrivet och illustrerat.

10.1 Brainstorming

Under arbetets gng har ett antal brainstormingsessioner ordnats, till en brjan med syfte att f en mer bred och varierad syn p uppgiften och vartefter arbetet gtt framt har de blivit mer mlinriktade. Sessionerna har skett bde smskaligt och i strre skala, de mindre inbrdes och den strsta ordnades p Caran i Gteborg. Flera oberoende parter har involverats i dessa aktiviteter vilket har gett flera synvinklar p problemet och lett till en hel del eftertanke. Karaktren och syftet med tv sessioner beskrivs i fljande underkapitel, en i arbetets brjan och en efter att den nya kravspecifikationen bestmts.

10.1.1 Frstudiebrainstorming

Nr teoretiska underskningar gjorts och ett antal fretag inom friktionsbranschen beskts ordnades en brainstormingsession p Caran i Gteborg. Ett antal oberoende parter hade bjudits in och ftt en kort briefing vad arbetet handlade om. D mlet med sessionen var att f nya ider och en ny syn p problemet fick de deltagande inte ta del av exakt allt som underskts, utan i det korta var det den frsta kravspecifikationen som presenterades innan sessionens brjan.

Inga grnser sattes gllande realiserandet av iderna s resultatet blev mycket varierande frn enkla och okomplicerade lsningar till raka motsatsen. Det som framfrallt kom fram under sessionen var en mngd sm problem och frgestllningar som skulle behva lsas eller definieras bttre i kravspecifikationen. Ngra av dessa saker kan lsas i punktform nedan.

  • Svngprov vid hastighet kan bli svrt d avdriften kan bli svrhanterad. Mjligheten att anvnda en typ av svngarm eller glidskeneupphngning undersks.
  • Hur smidig skall utrustningen vara? Ska B-krkort vara lgsta kravet?
  • Hur noggrann skall mtningen vara? Skall den vara jmfrbar med BV11? Vilka r intressenterna? Vgverket har visat intresse av en ny testvagn.
  • Skall testerna utfras p allmn vg mste den kanske besiktas.
  • Frutstts att en karakteriseringsutrustning utvecklas?
  • r riggen tnkt att vara en avancerad och utvecklingsbar s br Michelin involveras d utrustning kostar pengar. Ett mycket lmpligt mtinstrument r en Kistlergivare, dock vldigt dyr. En hghastighetskamera kostar rtt mycket men intresset fr den finns och tekniken erknt bra.
  • Hur skall variabel slip/spin uppns utan kedjor/rem och vxellda? Olika alternativ r hydraulmotor, elektromagnet, skivbroms/ABS.
  • Vart r det egentligen intressant att mta? I hjulspr eller vid sidan om?
  • Verkligt tryck p hjulet kan medfra problem, i alla fall nr det gller vridning av hjulet.
  • Vgbanans lutning r ca 3 och gr att eventuellt regn-/smltvatten har en tendens att samlas i det hgra hjulspret.

10.1.2 Fortsatt brainstorming

Resultatet av de grundlggande frstudierna och brainstormingsessionerna presenterades och all information krvde en noggrann granskning d definitivt ml och inriktning skulle bestmmas. D kunskapen inom omrdet var relativt begrnsad krvdes en lite lngre frstudie fr att se det frst uppsatta kraven skulle vara rimliga.

Nr informationen frn frstudierna granskats och diskuterats bestmdes att en mindre komplex inriktning skulle vljas, d det i ett frsta stadium skulle vara svrt att tillgodose alla behov och nskeml. Det primra intresset sattes till att snabbt utveckla en testutrustning som skulle kunna anvndas vid inlrningsfasen av detta fr institutionen nya omrde. Den fortsatta konceptutvecklingen gjordes efter den nyutvecklade kravspecifikationen och en strre mngd koncept togs fram under en dryg mnads tid. Denna gng med ett snvare omrde och mer precist eftersom kraven var mer definierade och ett klarare ml uppsatt.

10.2 Frstudiekoncept

I fljande underkapitel finns de intressantaste koncepten som tagits fram kort beskrivna. Alla koncept frn frstudien finns att lsa mer om i Bilaga III, dr ven illustrationer finns till dem.

Frstudiekoncepten r de koncept som togs fram vid brainstormingsessioner i slutet av underskningsfasen. Huvudsakliga syftet med dessa var att se alla mjligheter som fanns fr att lsa problemet och om vissa kunde vara bttre n andra, de skulle ven vara till stor hjlp vid val av definitiv inriktning och ml.

10.2.1 Frstudiens huvudkoncept

Detta koncept r det av frstudiekoncepten som mest tid, tanke och energi lades p. Konceptet r i sin helhet ganska tekniskt avancerat, dock baserad p redan knda metoder som underskts och som visat sig vara bst lmpade fr problemet. Metoden som skulle tillmpas var fixed slip, en metod dr ett extra hjul mter friktionen mellan dck och underlag ver en lngre strcka. Mtningen sker vid krning och det mtningen ger r en graf som visar den varierande friktionen ver en viss strcka, det som sedan bestms r ett medelvrde av friktionskoefficienten.

Konceptet bygger p samma princip som idag anvnds vid fixed slip mtning fast med en omfattande utveckling av tekniken. Mthjulet som r monterat p en arm (nr 1 figur 15), likt bakhjulet p en motorcykel, belastas med en hydraulcylinder som gr kontakttrycket s verklighetstroget som mjligt. Utrustningen r inte som de idag existerande fixed slip lsningarna vars utvxling r konstant med en kedja eller rem. Istllet skapas nskvrt slip med hjlp av datorkraft och reglertekniska program som bromsar hjulet med en vanlig hydraulisk broms eller en elektromagnet (nr 3 figur 15) till en programmerad hastighet som beror p hastigheten som fordonets hjul roterar med. P detta vis kan ven mtningar med variabelt slip utfras. Se nsta sida fr konceptskiss, figur 15.

Sjlva mtningen grs lmpligen med hjlp av en kraft- och momentsensor (nr 2 i figur 15). En sdan har studerats frn fretaget Kistler. Deras produkt RoaDyn r utvecklad fr montering mellan ett fordons nav och hjul och mter krafter och moment i och kring 3 axlar (x, y och z).

Konceptet r utvecklat s att hjulnavet kan vridas i sm vinklar s att hjulet snedstlls och de transversella krafter som uppstr p dcket kan mtas. Detta r ett riskfyllt moment och mste gras med stor frsiktighet d ekipagets kursstabilitet kan pverkas kraftigt ven vid sm vinklar. Data skickas frn mtutrustningen in till dragbilen via bluetooth eller annan trdls dataverfring, p s vis krvs ingen anslutning av andra kablar n slpvagnens kontakt med bilen och slpvagnen r helt oberoende av vilket fordon som drar.

Med hjlp av en enkel touchscreen r det tnkt att ett test skall kontrolleras. Det inleds med att en modul som utfr vglagskarakteriseringen mter luftfuktighet, temperatur, mm. Vglagets temperatur r tnkt att mtas med infrartt ljus (befintlig teknik). Nr den mtningen r utfrd sker en rad friktionsmtningar i fljd och det enda testutfraren skall behva gra r att flja instruktionerna som visas p skrmen. Instruktionerna innebr frflyttning av fordonet mellan stillastende mtningar som start- samt vridfriktion och acceleration till de bestmda hastigheter som broms- och accelerationsfriktion valts att utfras vid. Efter utfrd testcykel byts dck och ett nytt testas snabbt och effektivt.


figur 15 - Frstudiens huvudkoncept

10.3 Slutkoncept

Slutkoncepten r de koncept som r framarbetade efter att den definitiva kravspecifikationen bestmdes. Alla med funktionen att endast mta en liten yta t gngen med frhoppning att f mer kunskap om kontaktytan mellan dck och vglaget. ven en enklare mekanisk testrigg efterstrvas utan behov av hgteknologisk utrustning. Tre koncept frn olika kategorier finns kort beskrivna nedan med text och illustration, alla slutkoncept finns under Bilaga IV.

10.3.1 Studs med fast vinkel

Konceptet bygger p en metod som tidigare tagits fram p Lule tekniska universitet vid namn Jumping ball vars syfte r att testa oljor och fetters friktionshmmande egenskaper. Genom att studsa en kula mot ett olja/fett belagt underlag och sedan registrera kulans rotationshastighet med hjlp av en kamera. P liknande stt kan ven ett dck studsas mot vglaget. Konceptet bestr av en skena med fast vinkel mot vglaget. Hjulet r frsett med en hjulaxel som r kullagrad i ndarna, alternativt en slde, som transporterar hjulet. Frn en bestmd hjd slpps hjulet vars lagrade axel fljer skenan och gr s att hjulet inte har ngon rotation innan det nr testunderlaget. Nr hjulet studsar mot testytan uppstr ett moment kring kontaktytan som kan betraktas som en linje. Beroende p hur mycket friktion som uppstr mellan dcket och vglaget s kommer dcket att rotera med en viss hastighet, se figur 16. Denna rotationshastighet mts med hjlp av en kamera och kan versttas till friktion.


figur 16 - Konceptet "Studs med fast vinkel"

10.3.2 Hydraulstyrd arm 1

En arm r i ena nden monterad i slpvagnen. I motstende nda sitter mthjulet och en elektrisk motor. Med hjlp av en hydraulcylinder kan ett nskvrt tryck lggas p hjulet, se figur 17. Armen har en lastcell och nr elmotorn brjar arbeta kan en kurva ver kraft/spnning i armen som funktion av tiden ges. Denna kraft kan versttas till friktionen mellan dck och vglag.

Alternativt kan konceptet utarbetas fr utveckling av en dragkroksutrustning. Med en kulhandske avsedd fr en slpvagn eller dylikt, och en vre infstningspunkt i ett takrcke skulle utrustningen kunna anpassas fr anvndning p i princip vilken bilmodell som helst. Konceptet kan ven kompletteras med en anordning fr mtning av den kraft som krvs fr att svnga hjulet. Detta skulle motsvara hur pass hur trgt det skulle bli att vrida hjulen nr bilen str still t.ex. infr en fickparkering


figur 17 - Konceptet "Hydraulstyrd arm"

10.3.3 Fast vertikal skena

Hjulet r antingen konstant drivet av en motor eller uppaccelererat i luften innan en last i form av en ddvikt eller hydraulik anlggs. Friktionen och rotationen vill driva dcket i horisontell riktning vilket motverkas av en stum kraftgivare. Skenan/gejdern i vilken hjulaxeln viktanlggs r i sin vre nda fastsatt med en friktionsfri led. Viktigt fr att erhlla goda resultat r att testriggen str stabilt och inte kommer i rrelse d dcket fr kontakt med testunderlaget. Se figur 18 fr illustration av konceptet.


figur 18 - Konceptet "Fast vertikal skena"

11 Konceptviktning och utvrdering

Hr beskrivs arbetet med att gallra bland koncepten fr att f ner mngden koncept till ett mer hanterbart antal, de intressantaste viktades sedan mot varandra.

11.1 Gallring av koncept

Det som var mest avgrande vid gallringen av koncepten var hur mtningen var tnkt att g till. En enkel och okomplicerad metod eftersktes dr uppstllning och utfrandet av testet skulle frlpa utan komplikationer. S lite tid som mjligt skulle lggas p att justera in testriggen vilket ledde till att mnga koncept kunde ratas och tas bort frn det fortsatta arbetet.

De berrda koncepten i detta fall var alla de som p ngot stt hade en tangentiell inloppsbana mot underlaget som skulle testas. Fr att dessa koncept skulle fungera skulle mycket tid f lggas p att justera in utrustningen s att inloppet verkligen var tangentiellt vid varje testomgng. Detta ansgs som ondigt krngligt och beslut togs att de berrda koncepten kunde tas bort. ven koncept som ansgs vara mer av tillbehrskaraktr togs bort d dessa kunde finnas som nskeml i kravspecifikationen.

Totalt blev 8st koncept kvar efter gallringen vilket var en mycket mer hanterbart antal n de 19 frn brjan. De som var kvar kunde grovt delas in i tre kategorier, studsande, anliggande samt spinnande test.

11.2 Konceptviktning

De tta kvarvarande koncepten frdes in i den viktmatris som skapats utifrn den kravspecifikation som satts upp. P samma stt som kraven viktats med betyg frn 0-5, fick koncepten p samma stt betyg frn 0-5 p hur vl de uppfyllde de olika kraven. Genom att multiplicera konceptets pong med den procentuella vikten ett krav ftt, fick konceptet en viktad pong fr varje delkrav. Nr koncepten ftt en viktad pong fr varje krav summerades alla dessa och en total pong kunde presenteras fr varje koncept. Det koncept med hgst slutpong var det som freslogs som det vinnande konceptet. Fr kunna gra en noggrannare studie jmfrdes koncepten efter varje kravkategori fr att bttre se skillnaden del fr del samt att kunna upptcka stora skillnader, se Bilaga V fr att studera viktmatrisen.

Efter att resultatet frn viktmatrisen studerats kunde vissa slutsatser dras. Hgst viktad pong fick koncept nr 2 medan den hgsta oviktade pongen uppnddes av koncept nr 8. Detta p.g.a. att koncept nr 8 uppfyller lgt viktade krav mycket bra medan de hgre viktade kraven inte uppfylls lika bra. Omvnt gller detta fr koncept 2 vilket tydligt kan ses i viktmatrisen under funktionskrav dr koncept nr 2 tillsammans med koncept nr 1 fr hgst viktad pongtilldelning trots att de tilldelats lgst antal pong. Ser man till varje delranking r det endast viktningen av funktionskrav som visar denna pongfrdelning, att de bsta koncepten hade minst viktade betygspong. I de andra tre kategorierna r det fallande ordning p betygspongen.

En underskning gjordes dr de krav med en viktning lgre n fyra nollades, detta fr att se hur mycket de lgre viktade kraven inverkade p den totala viktningen. Denna operation utfrdes p de koncept valda att underska nrmare (1,2,8,12,17). Resultatet blev att det efter justeringen inte spelade ngon roll hur placeringen ordnades, efter vikt- eller betygspong. Strsta frndringen placeringsmssigt skedde mellan koncept 1 och 8 som bytte plats. verlag hjdes den viktade pongen verlag fr alla koncept frutom fr 8:an, det lg kvar p i stort sett samma pong som innan vilket ocks ledde till dess placeringsfrsmring.

11.3 Kombinerade koncept

Efter frsta viktningen var gjord fanns nskeml om att kombinera tv snarlika koncept av tv slag, och sedan vikta dem igen mot varandra. Detta fr att se om det var mjligt att p s stt kunna kombinera ihop bra egenskaper frn de tv olika och p s stt f en bttre testutrustning. De koncept som slogs ihop var 1&2 samt 12&17, koncept 8 r medtagen till viss del i det senare paret. Innan sammanslagningen av koncepten skedde var utfrdes tester dr hjul provstudsades, dels fr att se om det skulle vara mjligt att utfra testet samt att fr att f en uppfattning om viken ungefrlig kontaktyta det handlade.

11.3.1 Koncept 1&2

Koncept 2 var det som vann den frsta viktningen men pminde mycket om koncept 1 med sitt studsande dck. Tanken bakom kombinationen var att mjliggra anvndning av ett spinnande dck som fick studsa i olika frutbestmda vinklar som i 2:an. Detta skulle ltt kunna uppns utan strre ombyggnad av koncept 2s grundstomme. P detta stt skulle flera olika mtningar kunna utfras med bl.a. icke spinnande, framtspinnande och baktspinnande dck. Frst av allt gjordes en jmfrelse mellan de tv koncepten i viktningsmatrisen dr det kunde konstateras en skillnad p endast ett ftal punkter, koncept 2 utan ngon punkt smre n koncept 1. Istllet fr att frska gra en ny viktmatris diskuterades istllet de nya frhllandena som skulle uppst vid en sammanslagning, detta kunde fljande konstateranden gras.

Genom att lgga till spinn p hjulet blir mtmetoden annorlunda och ngot med komplicerad. Mtning av rotationen kommer i detta fall bli ndvndigt bde fre och efter studsen och mtt som hjd och lngd blir viktigare att mta. Detta gr att mtproceduren blir ngot mer komplicerad och fler parametrar mste hllas reda p.

Efter att bl.a. sett en filmupptagning Michelin gjort p ett dck som startas frn stillastende med ett motorvarvtal p 3500rpm, kan slutsatsen dras att nr ett spinnande hjul kommer i kontakt med en stillastende yta s grver det ner sig. Detta gller d fr vintervglag i synnerhet men ven fr andra lgfriktionskontakter. Det som r intressant i vrt fall r att underska och karakterisera det versta ytskiktet vilket inte kommer att bli helt korrekt utfrt med denna metod.

Viss modifikation kommer ven att f gras av koncept 2s grundstomme fr att anpassa den fr ett uppspinnat hjul, dels mste robustheten ses ver samt att en lsning fr sjlva uppspinnandet av hjulet, det sistnmnda med antingen en fast monterad elmotor eller en ls borrmaskin av ngot slag.

11.3.2 Koncept 12&15

En vidareutveckling som kan tnkas glla koncept nr 12, r att med hjlp av sensorer som mter hjulaxelns lge i horisontalled och hjulets rotationshastighet, kunna uppn ett noggrant vrde p G. P detta stt bortses allts all mtning i den tnkta mottagaren. Om en dynamometer skulle vara inkopplad enligt koncept nr 17, kan G inte faststllas d dynamometern hindrar hjulet frn att frflyttas tillrckligt lng strcka fr att f tillrckliga mtvrden. G r ratiot mellan rotationshastighet och faktisk hastighet. Dvs. om hjulets rotation ger samma hastighet som ekipaget innehar utan glidning uppstr r ratiot 1:1

Gllande spinnfunktionen i koncept nr 17 hnvisas till tidigare nmnda beskrivning av kombinationen av koncept 1 och 2. Att anvnda sig av sjlva konstruktionen fast istllet fr att spinna upp hjulet anstta det mot underlaget och anlgga en viss last p axeln och utfra en start enligt koncept 12 r mjligt.

Att applicera hydrauliken frn koncept nr 8 skulle kunna gra lsningen mer intressant och ven underltta handhavandet d manuell plggning av last p mthjulets axel undviks. Problemet som uppdagades vid studerande av lsningen r att hjulet inte arbetar p en punkt/liten yta utan frflyttar sig lngs en linje. Hydrauliken mste d p ngot vis flja med i denna frflyttning d den plagda lasten mste verka vertikalt ner p axeln. Om detta inte uppfylls s kommer hydrauliken antingen hjlpa eller motverka hjulets rrelse utmed underlaget.

11.4 Utvrdering

Efter att djupare studerat de kombinerade koncepten beslutades att det i dagslget inte var av intresse. Enkelheten i testriggen fr inte missgynnas till frmn fr tillggsfunktioner som drmed kan hmma grundidn och drmed beslutades att de framtagna koncepten frs vidare till nsta fas i utvecklingscykeln, att vidareutveckla det slutgiltiga konceptet.

D nyfikenhet fanns p hur vl frstudiekonceptet skulle st sig mot de av enklare modell beslts att ven detta skulle fras in i viktningsmatrisen, se Bilaga VI. Frstudiekonceptet visade st sig mycket bra i jmfrelse med de andra koncepten, mycket beroende p att testet r verklighetstroget. Dock kan det inte konkurrera p det ekonomiska planet d utrustningen r kostsam.

12 Slutgiltigt koncept

Kapitlet beskriver det slutgiltiga konceptet. En detaljerad funktionsbeskrivning ges tillsammans med berkningar och en simulerad modell som verifierar testriggens funktion.

Konceptet som valdes till att bli det slutgiltiga var Studs med fast vinkel. Detta konceptet har med hjlp av viktningsmatrisen och resonemang visat sig vara det koncept som bst uppfyller kraven och tillika r mest relevant fr uppgiften. Detta koncept vidareutvecklades och modellerades i 3D-CAD-programmet Ideas. Komplett ritningsunderlag har tagits fram och det som terstr utver tillverkningen av testriggen r infrskaffande av mt- och karakteriseringsutrustning.

12.1 Detaljerad funktionsbeskrivning

I figur 19 visas en versiktlig bild av testriggen i uppfllt lge. I det nrmaste alla delar som utgr grunden fr testriggen r tillverkat av aluminiumprofiler med standard mtt. Detta gr att testriggen kan konstrueras mycket kostnadseffektivt och med stora mjligheter att byta ut utslitna eller skadade detaljer. Det stllbara tvrstaget mjliggr provning med olika infallsvinklar mot testytan, dessa justeras enkelt med vingmuttrar alternativt strre plastvred. P s vis finns mjlighet att prova fram vilken vinkel som bst ger kvalitativa resultat med god repeterbarhet fr olika underlag men ocks en mjlighet att prova vilken vinkel som ger den studs som enklast kan kontrolleras d i avseende p avlsning av rotationshastighet och ven p var hjulet hamnar rent geografiskt.


figur 19 - CAD-modell av Testriggen.



figur 20 - Fallvagnen.

figur 20 visar slden vars uppgift r att transportera hjulet utmed glidskenorna. Sldens hjul bestr av fyra stycken ttade kullager, vilka skall rulla inuti glidskenorna. Att anvnda insidan av aluminiumprofilerna har mnga frdelar, bla. skyddar dessa sldens hjul frn sn och andra onskade partiklar men fungerar dessutom som ett bra std t sldens rrelse. Det r mycket viktigt att dessa skenor hlls i gott skick och att ytan som kullagren rullar mot hlls s rena och slta som mjligt s att dessa inte pverkar sldens rrelse i hastighet och riktning. Sldens ingende delar r konstruerade p ett sdant stt att de enkelt kan bytas ut. Detta r ndvndigt d slden vntas bli pverkad av upprepade tester med relativt hrda sammansttningar mot testunderlaget.

Testriggens frmre hrn r ledat och mjliggr att testriggen kan justeras till olika infallsvinklar men ocks fr att enkelt kan fllas ihop fr transport. Leden r utformad som en gradskiva fr att underltta avlsning av infallsvinkeln. Under testriggens markstd sitter ispiggar vars uppgift r att se till att testutrustningen str stabilt p alla underlag. Dessa r justerbara och mjliggr att riggen str stabilt ven p ojmn underlag.

Genom att testriggen r konstruerad p ett sdant stt att infallsvinkeln r stllbar finns vissa utvecklingsmjligheter. Om testriggen stlls s att vinkeln r 90 grader mot testytan, frutsatt att ytan r horisontell, kan testriggen med relativt enkla hjlpmedel utfra de test som koncept nr1, Mta vinkel, var utarbetat att gra. Den stllbara infallsvinkeln innebr ocks att testriggen r hopfllbar fr att underltta transport och hantering, se figur 21. Ritningar p en frsta vergripande modellering ses i Bilaga VIII - Ritningar.


figur 21 - Testriggen i hopfllt lge.

12.2 Frutsttningar fr experiment

Fr att kunna genomfra ett experiment, dvs. testa testriggen och komma igng med anvndandet behvs viss utrustning. Frutom testriggen och det tnkta mthjulet behvs framfrallt en videokamera p stativ. Enligt expertis inom omrdet fungerar en ganska enkel videokamera fr hemmabruk. Viktigt r att slutartiden kan justeras efter nskeml. Som exempel valdes en videokamera frn JVC med modellbeteckningen GZ-MG67 (pris ca 7000kr) att studeras fr ndamlet. Kameran lagrar data p en inbyggd hrddisk vilket underlttar vid analys av videomaterialet. Kamerans slutartid kan stllas mellan 1/2 1/4000 sekund. En normal slutartid fr en videokamera r 1/50 sekund vilket medfr att bilden fr ett stort skrpedjup men liten rrelseskrpa. I testriggens fall kan tnkas att det krvs en bttre rrelseskrpa fr skarpa bilder och d mste slutartiden stllas kortare. Vid denna instllning erhlls, frutom bttre rrelseskrpa, ett frsmrat skrpedjup dessutom krvs mer ljus vilket kan tgrdas med en byggstrlkastare. Mtning av lges- och hastighetsparametrarna grs med hjlp av en lngdskala som r fst p riggen utmed sldens bana och en liknande bakgrundsmatris. Detta tillsammans med knd fakta att en vanlig videokamera tar 25st bilder/sekund, kan hastigheter mellan tv bildrutor erhllas. Ett alternativt stt r att med knda lngdenheter, exempelvis tv referenspunkter p riggen med ett knt avstnd, rkna pixlar som r knd fakta p kameran beroende p dess instllning. P detta stt kan studskoefficienten e berknas, se formeln nedan.


figur 22 - Frenklad formel fr studskoefficienten e

Nedan i figur 23, kan en bildserie ver en dckstuds studeras. Kameran r standardinstlld och slutartiden ngot fr lng. Den rda linjen fungerar som referenslinje och den gula visar hjulets rotation. Vid anvndande av testriggen kommer den gula och rda linjen att sammanfalla rakt vertikalt vid slpplget. Den gula linjen brjar rotera direkt d hjulet trffar underlaget.


figur 23 - Studsfrlopp - 1 utgngslge, 2 studsgonblick, 3 vndhjd

Ngot som r intressant vid et test, r att veta vad man har fr kontakttryck vid sjlva studsgonblicket. Fr att erhlla ett vrde p detta kontakttryck mellan hjul och underlag kan en vidareutveckling av ekvation (9) frn teoridelen, kap. 12.3, anvndas. D det r en kraft som fs ur den ekvationen, divideras den med uppskattad eller uppmtt kontaktarea och en bra approximering p kontakttrycket fs, se figur 24 fr formeln.


figur 24 - Formel fr approximerat kontakttryck

Kontakttrycket ndras under hela studsfrloppet d denna area inte r konstant. Ett prov gjordes att studsa ett dck mot ett vitt papper fr att p s stt f reda p dess maximala kontaktyta som uppskattningsvis var ca 2 kvadratdecimeter. Hr mste lufttrycket i dcket kontrolleras men ven dckmnstret r komplext ur areasynpunkt. Fr att erhlla ett korrekt vrde p kontakttrycket br en sensor frn Tactilus anvndas, denna registrerar dess all tnkbar intressant statistik som t.ex. maximalt vrde p kontakttrycket (fr vidare information se: http://www.sensorprod.com/tactilus/apps/tire.pdf). ven enklare mtmetoder som inte krver dator finns att tillg. D anvnds ett speciellt kontakttryckspapper som lggs mellan hjulet och underlaget. Sedan skickas dessa papper in till leverantren som framkallar kontaktbilderna i frgskala som visar var hgst kontakttryck uppstr.

12.3 Teoretisk modell

Testriggens levererade data mste behandlas fr att friktionskoefficienten skall kunna erhllas. Fr att uppfylla detta utarbetades en teoretisk modell av hndelsefrloppet. Modellen undersker ven testriggens funktionalitet och visar om det blev fr mnga inverkande parametrar som r svrdefinierade och kan drmed avgra om testmetoden r lmplig eller inte. Vad de olika symbolerna betyder i teoridelen kan utlsas i nomenklaturen nedan.



Till att brja med sattes fem ekvationer upp som visar dckets hastighet/acceleration i horisontal- och vertikalled innan studs samt tiden hjulet faller utmed rampen.



Fr att analysera vilken normalkraft som verkar vid studsen, som i sin tur pverkar friktionskraften, sattes en ekvation upp med hjlp av Impulslagen.





P nsta sida ses en frenklad uppstllning ver uppkomsten av rotation med hjlp av det moment som uppstr med friktionskraftens inverkan. Det br beaktas att den berknade modellen r frenklad och drfr betraktas som frlustfri. I ett verkligt fall uppstr bde vrme, glidning, deformationer och ven gummits fjdrande och dmpande egenskaper, etc.

Kraftinverkan vid studs kan ses till vnster i figur 25, dr den beskrivande figuren visar krafterna som verkar vid studsfrloppet. F r hjulets verkande kraft mot underlaget. N r normalkraften som motverkar F. Fk r friktionskraften som beror p friktionskoefficienten och normalkraften. Den streckade linjen r hjulets bana.


figur 25 - Kraftinverkan vid studs.




Berkning an masstrghetsmomentet, I, kan ses i Bilaga VII.

Ett alternativt stt att analysera testresultaten som erhlls frn med hjlp av den optiska mtutrustningen r att stlla upp rrelseekvationer fr frloppet. I nedanstende berkningar har frlusterna i slden frsummats d det som r intressant r hastigheten som hjulet har vid studsgonblicket. Denna hastighet kan betraktas som knd d profilen som slden frdas utmed kan utrustas med en lngdskala alternativt tv referenspunkter med ett knt avstnd. Med en knd slutartid kan hastigheten enkelt utlsas via lngdskalan eller de tv referenspunkterna och pixelrkning. Eftersom hastigheten r knd behver inte sldens massa beaktas.





Om en jmfrelse grs med ekv. 17 kan mnga likheter ses. Uttrycket r detsamma s nr som p att i ekv. 17 rknas med stttalet e, och endast beaktar translaterande hastigheter i en led. Ekv. 26 behandlar istllet tiden under vilken studsen sker, tyngdaccelerationen och translaterande hastigheter i tv led.



P detta vis kan friktionskoefficienten berknas utifrn data som registrerats med videokameran. Den resulterande ekvationen r enkel och med ett relativt litet antal parametrar att beakta, dessa kan alla samlas in med hjlp av kamerateknik.

12.4 Simulerad modell

Fr att ytterligare lyckas verifiera testriggens funktion och kapacitet att mta olika friktionsvrden beslutades att frska skapa en simuleringsmodell i programmet ADAMS View. Det r ett program fr dynamiska simuleringar dr mjlighet att importera 3D-modeller frn olika CAD-program finns.

D importeringen av vr CAD-modell inte fungerade som den skulle, anvndes modelleringsmjligheterna i ADAMS istllet. Modellen av testriggen blev inte lika detaljerad som den gjord i I-DEAS men fullt tillrcklig fr att visualisera testriggen p ett korrekt stt samt att simuleringarna skulle kunna utfras utan komplikationer.

Ett verklighetstroget hndelsefrlopp fr testriggens funktion skapades och med en hel del laborerande med dck- och kontaktparametrar kunde en frsta fungerande studsmodell uppvisas. Genom att rkna ut ett approximativt masstrghetsmoment fr ett tnkt hjul samt som tidigare nmnts, testa med olika parametrar som studskoefficient, dmpningsfaktor, friktion, mm, skapades en s trovrdig simulering som mjligt.

Resultatet frn de utfrda simuleringarna blev inte riktigt s givande som hoppats, sm parameterfrndringar kunde resultera i vldigt ologiskt dckbeteende under simulering. Dcket kunde f fr sig att stanna direkt vid markkontakt trots att friktionen var lg och det kunde ven studsa s att en hjd hgre n slpphjden uppnddes.

Alla dessa ologiska fenomen som uppstod kunde kanske ha kunnat undvikas om dck- och vgparameterfilerna fungerat som de skulle. I dessa filer skulle nmligen dckparametrar givna frn tillverkaren finnas vilket skulle ha underlttat vid utfrd simulering. I simuleringarna har mycket testande och antagande gjorts vilket gjort simuleringen en aning chansartad. Skulle problemet med de nmnda filerna lsas, skulle en simulering i ADAMS kunna ge mycket mer. Det som uppntts har dock visat p att testriggen kommer fungera som vntat men inga exaktare mtningar kunnat redovisas.

12.5 Kostnadskalkyl

D detta r ett frslag p hur en eventuell testrigg kan tnkas se ut r kostnadskalkylen approximativ. Enligt frslag skall testriggen tillverkas i aluminium fr minskad vikt, men en frsta prototyp tillverkas frdelaktigt i stl d det r billigare. Huvudkostanden fr testriggen kommer nd vara en filmkamera som uppfyller de krav som stlls p den. D det inte krvs mer avancerad programvara fr att bearbeta filmupptagningarna n det som finns kommersiellt, r detta ingen betydande kostnad. En approximativ kostnadskalkyl kan se ut som fljande:

Produktionskostnaderna r diskuterade med Centralverkstaden vid Ltu och varierar mycket med delarnas komplexitet samt antal. Framstllning av endast en blir mycket hgre n om flera skulle tillverkas d det skulle bli mycket spillmaterial vid tillverkning av endast en. De ingende delarnas komplexitet br ses ver om en enkel stlprototyp framstlls med bra resultat och en i aluminium blir aktuell.

Priset p filmkamera r hmtat frn Internet och prisbilden kan drfr komma att ndras, mest troligt t det billigare hllet. Ngon hghastighetskamera r inte underskt d en sdan inte r aktuell i dagslget. Att en rigg gjord i stl blir s mycket billigare beror p att det materialet kps in mer frekvent till andra projektriggar som byggs p avdelningen och drfr kan ev. spillmaterial anvndas till en frsta fungerande prototyp och priset drmed hllas ner.

13 Diskussion och slutsatser

Efter att till en brjan inriktat testriggsframtagandet mot en bredare marknad som dcktillverkare, biltestindustrin, vgverket mm s har mlomrdet smalnat av efter arbetets gng. En vision om en tekniskt avancerad testrigg skts framt i tiden d det ansgs vara bst att starta mycket grundlggande inom detta fr Lule tekniska universitet nya mnesomrde.

Den slutgiltiga konceptutvecklingen riktade sig mot tekniskt enkla lsningar som r ltta och snabba att manvrera vid testutfrandet. Detta test skulle s realistiskt som mjligt kunna utfras med stillastende rigg med en s liten kontaktyta som mjligt och drmed karakteriseringsbar p en noggrann niv. Den utvecklade testriggen uppfyller de flesta av alla krav som stlls p den men framfrallt de krav som r hgst viktade. Eftersom testriggen nnu inte r framstlld till en prototyp finns inget fullkomligt svar p om det slutgiltiga konceptet kommer att uppfylla de vriga kraven men ngra direkta svagheter har i detta arbete inte ptrffats. Beroende p med vilken avsikt som testriggen konstrueras ges fljande frslag:

Om testriggen r tnkt att anvndas till forskning fr att underska sambandet mellan dckets och vgytans karakteristik i frhllande till varandra s br den framtagna testriggen i den hr rapporten produceras. Simulering i Adams visar att rotationshastigheten varierar med friktionskoefficienten. Ytan som dcket studsar mot r begrnsad till en relativt liten area som ltt kan karakteriseras med rtt utrustning vilket r bra nr ett samband skall tas fram.

Om testriggen r tnkt att produceras i ett strre antal fr att exempelvis testfretagen i norra Sverige skall kunna utfra tjnster t dckfretagen med tester som jmfr dckens grepp under olika rdande frhllanden br frstudiens huvudkoncept vidareutvecklas. Detta test r mycket enkelt att utfra och ett jmfrbart medelvrde p friktionskoefficienten ver en viss strcka kan ltt erhllas. Med en utarbetad testprocedur och kalibrerings process kan stora mngder data insamlas med flertalet mtvagnar och enkelt sammanstllas.

Bilaga I Projektplanering



Bilaga II Kalibreringsprotokoll



Bilaga III Frstudiekoncept

Boggey

Konceptet byggde p en boggeykonstruktion liknande den som finns p lastbilar. Lasten kan vxla mellan hjulparen som kan hjas upp och ner. P vagnen finns ven en vikt man kan skjuta fram och tillbaka fr att kunna justera lasten ver det hjulpar som r i kontakt med underlaget.

Svngande slp

Detta koncept har viss likhet med de friktionsmtare som finns idag, skillnaden r att det p denna slpvagnsbaserade rigg finns tv hjulupphngningar. Sprvidden de tv mthjulen sinsemellan br vara s stor som mjligt d det r tnkt att ven transversella krafter skall kunna mtas vid vanlig kurvtagning med slp. Eventuellt skall det g att stlla toe-in fr att mta transversella krafter.

MC-swing

Detta koncept var det som liknade befintliga lsningar mest, detta utan att skaparen hade minsta vetskap om hur de sg ut. Konceptet simpelt baserat p en motorcykels bakre hjulupphngning monterat p en slpvagn. Utrustad med hydralik som reglerar marktryck samt en eventuell vxellda fr att kunna variera utvxling. En annan lsning p utvxlingsproblemet skulle kunna vara att ha mjligheten att ndra ett inputvrde som relaterar till dckdimension mm, sedan rknas ett frhllande ut med lmplig framtagen ekvation.

Mttg

Detta koncept r en vidareutveckling av MC-swing dr tanken r att man skall sammankoppla flera vagnar till ett tg. P detta stt kan flera dck testas p samma gng, man spar in tid och hinner testa flera dck.

Inlinevagn

Med detta koncept r meningen att en kassett med ett flertal hjul skall kunna fllas ut p bda sidor om vagnen, liknande en inlineskena med hjul. Hjulen ska kunna testas ett i taget och vridas individuellt. Vagnens egenvikt kommer anvndas som belastning av hjulen p armarna och r varierbar d olika tryck kan appliceras av armarna.

Inlinekassett

En vidareutveckling av inlinevagnen dr det p varje arm sitter flera skenor i kryssformation och som gr att rotera vid byte av mtomgng.

Glidskenan

Hr har MC-swingen tagits och monterat den p en glidskena. Genom att gra detta r frhoppningen att komma undan de sidokrafter som skulle uppkomma vid snedstllning av ett hjul. Med en fast installation p en vagn skulle en vridning av hjulet leda till att vagnen brjade svnga och konsekvenserna frdande. Mellan vagnen och upphngningen p glidskenan skulle mtsensorer monteras fr att mta de sidokrafter som uppkommer vid vridning.

Konveyer

Idn r att ett lttmonterat konveyersystem innehllande ett strre antal hjul ska sttas upp p intressant plats. Drefter ska hjulen ett och ett snabbt testas mot underlaget. Som drivande klla kan t.ex. ett vajersystem anvndas fr att f hjulen att snurra. ven transversella krafter genom vridning skall kunna testas.

Tentakeln

Tentakeln r tnkt som en lst (ledad) hngande arm av typen MC-swing. Genom att ha den ledad i vertikalled kan man f armen att vrida sig istllet fr vagnen nr man testar att snedstlla testhjulet. Vridsensorer kommer att finnas fr att armen inte ska kunna vrida sig fr mycket och orsaka problem.

Bilaga IV Huvudkoncept

1. Mta vinkel

Detta koncept bygger p en enkel konstruktion som borde ge jmfrbara data. P en vald hjd ifrn vglaget stts hjulet i rotation med hjlp av en elmotor, borrmaskin eller liknande. Hjulet slpps sedan att falla fritt med hjulaxeln styrd av tv skenor fr att kontrollera att fallet blir lodrtt och lika mellan hjulbytena. Mtningen sker med en kamera som kan registrera vinkeln mellan tangenten till den bana som hjulet fljer efter studsen och markplanet. En hg friktion resulterar i en liten vinkel och lg friktion ger till resultat en strre. En alternativ mtning r att man mter hjulets rotation efter studsen i jmfrelse med den rotation som anlggs innan hjulet slpps att falla.



2. Studs med fast vinkel

Konceptet bygger p en metod som tidigare tagits fram p Lule tekniska universitet vid namn Jumping ball, vars syfte r att testa oljor och fetters friktionshmmande egenskaper. Genom att studsa en kula mot ett olja/fett belagt underlag och sedan registrera kulans rotationshastighet med hjlp av en kamera. P liknande stt kan ven ett dck studsas mot vglaget. Konceptet bestr av en skena med fast vinkel mot vglaget. Hjulet r frsett med en hjulaxel som r kullagrad i ndarna, alternativt en slde, som transporterar hjulet. Frn en bestmd hjd slpps hjulet vars lagrade axel fljer skenan och gr s att hjulet inte har ngon rotation innan det nr testunderlaget. Nr hjulet studsar mot testytan uppstr ett moment kring kontaktytan som kan betraktas som en linje. Beroende p hur mycket friktion som uppstr mellan dcket och vglaget s kommer dcket att rotera med en viss hastighet. Denna rotationshastighet mts med hjlp av en kamera och kan versttas till friktion.



3. Dckpendel

Principen bygger p en gammal mtmetod fr dck friktion, Portable Skid Resistance Tester, som finns presenterad under kapitlet Mtmetoder dr dess funktion och mtomrde finns beskrivet nrmare.

Stllningen som pendeln hnger i flls ut ur en slpkrra och vl p plats liknar den en klassisk gungstllning. Fr att f stabilitet i stllningen skall den delvis vara monterad p slpvagnen d problemet med en pendelrigg r att den vill flytta p sig d dcket touchar mtunderlaget. Med en snabb omstllning av pendelarmen s att hjulet istllet gungar med sidan riktad i rrelseriktningen kan sidokrafter p dcket studeras. Att studera dckets deformation vid ett sdant test anses intressant.

Med hjlp av moment och kraftgivare i hjulets axel och kameror som optiskt registrerar hjulets roterande hastighet och hur hgt det nr kan efterfrgad information insamlas och behandlas i en dator. Svrigheten med denna mtrigg r att resultatet r mycket beroende av att dcket r i kontakt precis s mycket som det skall och pendelarmens lngd mste drfr vara justerbar. Ytans ojmnhet skulle ocks kunna frsmra mtresultaten d stor variation sannolikt uppstr.



4. Momentmtning p glidande/bromsat hjul

Tv skenor bildar en rutschkana fr en slde dr mthjulet sitter monterat. P mthjulets axel sitter en momentgivare som via blue tooth skickar data till en dator. Slden har fyra hjul i form av ttade kullager och tillverkad av ett i jmfrelsevis tungt material, p s vis kan ett relevant kontakttryck mellan dck och underlag stadkommas. Sldens lngd r tminstone tv gnger hjulets diameter fr att frhindra att den slr ver nr dcket kommer i kontakt med underlaget. Hjulet kan vara lst eller bromsat. Momentgivaren levererar vrden till en dator men ven strckan som slden frdats frn det att hjulet tagit mark kan mtas och omvandlas till en friktionsfaktor.



5. Ramptest 1

En elmotor accelererar upp hjulet till en bestmd hastighet. Mthjulets genomgende axel r lagrad med kullager i ndarna och vilar p tv bgformade skenor. Nr hjulet nr botten p bgen tar mnstret i underlaget hjulet accelereras longitudinellt. Ju hgre hjulet kommer p upp p rampen desto strre friktion har uppsttt mellan vglaget och dcket. Hjden kan mtas antingen via sensorer eller med hjlp av en kamera. Konceptet krver en mycket exakt instllningsprocedur d alla hjul skall ha samma strcka att vara i markkontakt vilket kommer att bero p dckets radie.



6. Ramptest 2

Likt fregende koncept accelereras hjulet till en bestmd hastighet med hjlp av en elmotor, skillnaden r att hjulet roteras t andra hllet. P s vis kommer hjulet att ka upp p samma ramp som det kom ner ifrn. Riggen kan p s vis bli mindre, lttare och smidigare. Precis som Ramptest 1 kan hjden mtas med hjlp av sensorer eller kamera. Likt tidigare nmnda koncept r Ramptest 2 knsligt fr hjdinstllningen men tros inte vara riktigt lika beroende av detta d ett dck med bra grepp vnder snabbare. En tnkbar alternativ mtning r att mta strckan som hjulet r i kontakt med underlaget.



7. Kontrollerad studs

Detta koncept bygger p en motor av ngot slag, t.ex. en elmotor accelererar hjulet till en bestmd hastighet. Sedan slpps armen i vilken hjulet r fst att falla mot vglaget. Beroende p hur stor friktion som uppstr kommer en studs att uppst. Den vinkel mot horisontalplanet som armen vnder vid kan sedan versttas till friktionen. Detta kan mtas med hjlp av en kamera alternativt med elektriska sensorer. Viktigt r att testriggen utvecklas p ett sdant stt att den str stadigt d ett dck som uppnr hg friktion kan tnkas rubba testriggen ur sitt lge. Detta skulle pverka testets resultat till det smre och medfr att repeterbarheten och jmfrbarheten inte blir fullt s goda som vntat.



8. Hydraulstyrd arm 1

En arm r i ena nden monterad i slpvagnen, i motstende nda sitter mthjulet och en elektrisk motor. Med hjlp av en hydraulcylinder kan ett nskvrt tryck lggas p hjulet. Armen har en lastcell och nr elmotorn brjar arbeta kan en kurva ver kraft/spnning i armen som funktion av tiden ges. Denna kraft kan versttas till friktionen mellan dck och vglag.

Alternativt kan konceptet utarbetas fr utveckling av en dragkroksutrustning. Med en kulhandske avsedd fr en slpvagn eller dylikt och en vre infstningspunkt i ett takrcke skulle utrustningen kunna anpassas fr anvndning p i princip vilken bilmodell som helst. Konceptet kan ven kompletteras med en anordning fr mtning av den kraft som krvs fr att svnga hjulet. Detta skulle motsvara hur pass hur trgt det skulle bli att vrida hjulen nr bilen str still t.ex. infr en fickparkering



9. Hydraulstyrd arm 2

Liknande konstruktion som ovanstende koncept fast utvecklad med andra specifikationer. Med konstant rotationshastighet p mthjulet och varierbart tryck p hjulaxeln via hydraulcylindern kan friktionen mtas med hjlp av t.ex. en momentgivare i axeln eller en lastcell i armen. Viktigt fr bda dessa koncept r att fordonet klarar av att motst den ptryckande kraften och inte kommer i rrelse.

10. Marktouch

Pminner om Ramptest 1 men istllet fr att mta hur hgt hjulet kommer, monteras istllet en dmpare som mter uppndd rrelseenergi hos dcket nr det stoppas. Extra viktigt r att dckets markkontakt sker tangentiellt fr att ingen studs skall uppkomma. Konceptet r ganska knsligt fr att inte stllas upp korrekt. Det r viktigt att de olika dcken kommer i kontakt med underlaget lika mycket s att jmfrbarheten blir god. En mjlighet r att utveckla konceptet s att uppfrsbacken blir varierbar och justerbar fr optimering. Detta skulle motverka att dcken inte klarar av att n sensorn vid de tillfllen d lgre friktion uppstr.



11. Momentglidaren

Mthjulet r fst p en genomgende axel som r frsedd med momentgivare. Axeln r i sin tur lagrad fr att rulla ltt i den skenkonstruktion som kommer att anvndas. Det stillastende hjulet slpps frn en bestmd hjd och fr sedan falla/glida i skenan. Nr hjulets yta tangerar underlaget kommer ett moment uppkomma mellan hjul och axel som r lsta i rotationsaxeln. Frn detta moment kan sedan jmfrelser samt friktionsberkningar ske. Konceptet mste med stor noggrannhet stllas upp infr test s att de olika hjulen med varierande mtt tar mark med samma infallsvinkel.



12. Markacceleration

I detta koncept sitter hjulet p ett nav drivet av en elmotor. Tv skenor, en p var sida om hjulet, ser till att hjulet hller rtt riktning och ger stabilitet till den del av mtutrustningen som r i rrelse. Efter montering av hjul kommer det att vara i direkt kontakt med underlaget. Med hjlp av elmotorn kommer sedan hjulet accelereras en bestmd strcka fr att sedan uppfngas och uppmta t.ex. sluthastighet, rrelseenergi, mm. Mjlighet att kunna addera vikt fr att ka marktrycket kan vara en bra id.



13. Accelerometer

Denna lsning r en kombination av koncept 10 och 12. Hjulet kommer av en elmotor att sttas i rotation och vid uppndd hastighet att slppas i en skenkonstruktion. Nr hjulet tangerar underlaget kommer det brja accelerera. Efter en viss strcka stannas det hela upp av en dmpare som mter diverse intressant. Den bjda skenan motverkar att hjulet brjar studsa och frbttrar drmed jmfrbarheten mellan de olika dcken.



14. Rrlig kamer

Detta r ett tillggskoncept fr hur man skulle kunna montera en hghastighetskamera p vissa av tidigare presenterade koncept. I nden p den genomgende axeln skarvas en lagrad del p som hller upp en modul innehllande en hghastighetskamera. P detta stt kommer kameran att flja med och observera hela hndelsefrloppet frn brjan till slut. Beroende p vad som r intressant att studera kan kameran justeras i olika lgen fr det som passar det specifika ndamlet.



15. Fast vertikal skena

Hjulet r antingen konstant drivet av en motor eller uppaccelererat i luften innan en last i form av en ddvikt eller hydraulik anlggs. Friktionen och rotationen vill driva dcket i horisontell riktning vilket motverkas av en stum kraftgivare. Skenan/gejdern i vilken hjulaxeln viktanlggs r i sin vre nda fastsatt med en friktionsfri led. Viktigt fr att erhlla goda resultat r att testriggen str stabilt och inte kommer i rrelse d dcket fr kontakt med testunderlaget.



16. Flexibel medfljande skena

Hjulet stts i rotation utan markkontakt. En last, ddvikt eller hydraulik, anlggs och dcket trycks ner mot underlaget. Friktionen gr att dcket vill rra sig horisontellt. Detta tillts och drmed skapas en naturligare rrelse vid ett visst G. En styvhet skapar ett motstnd, ev. kan kraften mtas i styvheten. Mtning kan ocks ske optiskt.



17. Dynawheel

Dcket spinns upp till rtt varvtal och stts sedan i kontakt med underlaget. En horisontell rrelse som bromsas av fjdern erhlls. Strckan som dcket rr sig r ett mtt p friktionen. Fjdern kan p detta vis betraktas som en dynamometer. Konceptet krver i detta enkla utfrande inga avancerade mtinstrument. Under ett och samma test kan olika typer av G erhllas.



18. Sidekick

Konceptet Sidekick kan fungera som tillgg till vissa av de andra koncepten, t.ex. Fast vertikal skena. Idn bygger p att ge dcket en knuff frn sidan med en typ av klubba samtidigt som dcket brjar bromsa. Eventuellt bidrar knuffen att dcket tappar greppet i rullriktningen.



19. Piruetten

Detta koncept kan fungera som tillgg till ett annat koncept eller som en egen rigg fr att mta vridmotstnd, egentligen som vriddetaljen p Hydraulstyrd arm.



Bilaga V Viktningsmatris gallrade koncept











Bilaga VI Viktmatris, jmfrande











Bilaga VII - Masstrghetsmoment

Berkning av masstrghetsmomentet

Ett approximativt vrde p I, masstrghetsmomentet berknades dr flg och dck betraktades som skivor och skal enl. figur nedan. Detta borde ge ett ungefrligt masstrghetsmoment fr hjulet och anvndbart vid berkningar. Dckets mnstrade kontaktyta samt flgbanan betraktas som ett cylindriskt skal, dcksidorna och resten av flgen kan studeras som en skivor.



Berkningarna avser ett hjul av standard mtt. Flgen r 16 tum i diameter och bredden p dcket r 195mm. Dckets profil r satt till 50 % av dckbredden.

Berkning av masstrghetsmomentet fr den del av flgen som kan betraktas som en cylindrisk skiva:





P liknande stt som ovan har masstrghetsmomentet fr dcket berknats. Nedan kan berkningen av masstrghetsmomentet fr den del av dcket som kan betraktas som en cylindrisk skiva ses:



Berkning av masstrghetsmomentet fr den del av dcket som betraktas som ett cylindriskt skal:



Hjulets totala masstrghetsmoment r summan av de fyra ovan berknade massmomenttrgheterna. Hjulet r i detta fall frenklat fr att underltta utrkningen men r dock tillrckligt exakt fr att kunna anvndas.



Bilaga VIII - Ritningar











































































References

  1. Persson, B.N.J. (1995). Physics of Sliding Friction. Dordrecht, The Netherlands: Kluwer Academic Publishers. ISBN 0-7923-3935-5
  2. Petrenko, V. F. (1999). Physics of Ice. Oxford, Great Britain: Oxford University Press. ISBN 0 19 851895 1
  3. Haney, P. (2003). The Racing and High-Performance Tire. Warrendale, USA: Society of Automotive Engineers, Inc. ISBN 0-9646414-2-9
  4. Ulrich, K. T., Eppinger, S.D. (2000) Product Design and Development. Singapore: McGraw- Hill. ISBN 0-07-116993-8
  5. Wallman, C-G. (1997). Effekten av Vintervghllning. Linkping: Vg- och Transportforskningsinstitutet. ISSN 0347-6030
  6. Axelsson, L. (1994). Bedmning av Vintervglag. Borlnge: Vgverkets tryckeri i Borlnge. VV 1994:82
  7. Isaksson, M. (1988). Provutrustning fr Mtning av Smrjmedels Skjuvhllfasthet. Lule. Rousseaux, R. (1996). Design of a Computerized Evaluation Method for an Impacting Ball Apparatus. Lule.
  8. Michelin. (2001). The Tyre Grip. Socit de Technologie Michelin. Tidsskriftarticklar
  9. Milner, C.J. (1990) Measurement of Tyre-Road Friction. Journal of the Australian road research board, 20 (3), p.61-71. ISSN 0005-0164
  10. Jacobsson, B. (1985) A High Pressure-Short Time Shear Strength Analyzer for Lubricants. Journal of Tribology, 107 (4), p.220-223
  11. Hglund, E. (1989) The Relationship Between Lubricant Shear Strength and Chemical Composition of the Base Oil. Wear, 130, p.213-224. ISSN 0043-1648
Get a free pressure indicator sample for Tire Tread Footprint application.