Sverige har hårda krav på sig från EU att minska dubbdäcksanvändningen för att minska partikelmängden i luften i storstadsområdena. Det är därför önskvärt att hitta lösningar som kan ersätta dubbdäck utan att minska säkerheten i vinterväglag. Smarta däck använder sensorer som bland annat mäter krafter och accelerationer i däcket och kan utifrån dessa data uppskatta friktionskoefficienten och normalkraften på däcken [39]. Genom utnyttjande av ett sådant system skulle beräkningar kunna göras för att uppskatta om bilen befinner sig på ett isigt underlag. Ett sådant system i kombination med exempelvis AEBS som detekterar kollisionsrisker skulle kunna utnyttjas för att minska dubbdäcksanvändningen. Detta skulle åstadkommas genom ett koncept inspirerat av det i denna rapport presenterade koncept Avverkan. Reglerbara dubbplattor trycks ned i isen vid bromsning i vinterväglag och ger en bra bromseffekt samtidigt som däcken inte sliter på vägbanan i barmarkskörning. Trycket på dubbplattorna, som kan placeras innanför eller i närheten av däcken, kan regleras individuellt för att undvika sladd och minskad styrbarhet. Konceptet ligger utanför den här studiens omfattning och syfte, men har dykt upp som idé till en ytterligare konceptstudie för att bekräfta en sådan produkts funktion. Ett sådant projekt föreslås därför i syftet att minska dubbdäcksanvändningen och samtidigt öka säkerheten i trafiken vintertid.
10 S
LUTSATSER
Slutsatserna sammanfattar resultaten av arbetet och besvarar forskningsfrågorna. FF1. PÅ VI L K A SÄ T T K A N B RO M SST RÄ CK A N HO S E N PE RSO N B IL F Ö R K O RT A S?
Bromssträckan för bilar kan i teorin förkortas genom en mängd olika fysikaliska principer; det handlar om att anlägga en bromsande kraft på bilen. Kraften kan komma från friktion, magnetism, aerodynamik, ökad normalkraft, eller genom att på något sätt ta spjärn mot omvärlden. I teorin kan ökad friktion med en faktor på 2-3 åstadkommas genom att optimera gummifriktion. Aerodynamiska koncept kan korta bromssträckan med uppemot 20 % från höga hastigheter men har minimal förbättringspotential i lägre hastigheter. Ökad normalkraft kan skapas genom ett vakuum under bilen, eller genom att accelerera en massa uppåt. Vakuum anses ha stor potential att implementeras eftersom det redan har påvisats inom racingvärlden. Koncept baserade på magnetsim förutsätter en magnetisk pol i omvärlden att agera emot. Detta begränsar den generella användbarheten, men kan appliceras i speciella situationer. Koncept som baseras på att ta spjärn mot asfalten innefattar att använda sig av ett infäst ankare alternativt att deformera asfalten genom avverkan. Dessa koncept har i teorin potential att korta bromssträckan och har även testats praktiskt .
FF2. VIL K E N T E O RE T ISK PO T E N T IA L A T T K O RT A BRO M SST RÄ CK A N HA R F Ö R E SL A GN A K O N CE PT?
De tre föreslagna koncepten, Ankare, Gummiplatta och Avverkan har i teorin stor potential att korta bromssträckan. För koncept Ankare finns i teorin ingen gräns för hur kort bromssträcka som kan uppnås. Begränsningen ligger i om det över huvud taget går att lösa infästning i farten.
I teorin är det inte ovanligt att gummifriktionen uppgår mot värden på två. Om detta kunde realiseras i koncept Gummiplatta skulle det minska bromssträckan till hälften jämfört med de idag bäst presterande däcken på bra väglag. I teorin är det flera argument som talar för att gummifriktionen kan optimeras i en applikation som inte har några krav på exempelvis nötning.
Den teoretiska potentialen att korta bromssträckan för koncept Avverkan är inte bekant eftersom beräkningar på vad som sker då ett hårt föremål i hög hastighet trycks mot asfalt med okända egenskaper är svåra att genomföra. Däremot kan det antas att så länge asfalten deformeras kommer en högre bromsande kraft uppnås jämfört med friktionskrafter.
FF3. KA N DE T RE F Ö RE SL A GN A K O N CE PT E N I PRA K T IK E N F Ö RK O RT A B RO M SS T RÄ CK A N?
Koncept Ankare har påvisat möjligheten att betydande korta bromssträckan. I testerna uppnåddes en maximal retardation på ungefär 1,5g under en sträcka av 20 meter. För att förbättra både sträcka och retardation ytterligare behövs endast enkla justeringar. Konceptets kapacitet att korta bromssträckan är oslagbar bland de jämförda koncepten. Dock finns det flera betydande tekniska problem som återstår att lösa innan konceptet kan testas för infästning i höga hastigheter.
Koncept Gummiplatta har väldigt liten potential att förkorta bromssträckan eftersom de resultat som uppnåtts antingen ger en längre bromssträcka, eller obetydlig förbättring. Eftersom uppvärmning inverkar negativt på materialet under den stationära glidningen mot underlaget kan exempelvis det föreslagna, men eliminerade koncept larvband ha större potential att korta bromssträckan. Utifrån de tester som gjorts uppskattas ändå förbättringspotentialen att vara relativt obetydlig.
Konstruktionen för koncept Avverkan höll inte för de krafter den utsattes för i testerna. Eftersom bromskraften var uppe i -1,2 g då konstruktionen gav vika dras slutsatsen att konceptet har kapacitet att korta bromssträckan om konstruktionen kan göras tillräckligt hållbar.
11 REFERENSER
[1] Trafikverket, ”Nollvisionen,” 2012. [Online]. Available:http://www.trafikverket.se/Privat/Trafiksakerhet/Vart-
trafiksakerhetsarbete/Trafiksakerhetsmal/Nollvisionen/. [Använd 18 01 2012].
[2] R. Limpert, Brake Design and Safety Second Edition, Warrendale: Society of Automotive Engineers, 1999.
[3] ADAC Vehicle Testing, ”Test Report - Comparative test of advanced emergency braking systems,” 2011. [Online]. Available: http://www.activetest.eu/pdf/adac_aebs_report_en.pdf. [Använd 09 06 2012].
[4] European Parliament, ”Parliamentary Questions,” European Parliament, 24 01 2012. [Online]. Available: http://www.europarl.europa.eu/sides/getAllAnswers.do?reference=E-2011- 011477&language=EN. [Använd 06 02 2012].
[5] A. Ramstedt, Skyltfonden inbjuder/ uppmuntrar/ utmanar er att hitta en lösning på följande problem, Borlänge: Skyltfonden, 2011.
[6] Trafikverket, ”Skyltfonden,” Trafikverket, 25 01 2012. [Online]. Available: http://www.trafikverket.se/fond. [Använd 03 02 2012].
[7] Prodelox AB, ”Prodelox AB | Komplett produktutveckling,” 2012. [Online]. Available: www.prodelox.se. [Använd 19 01 2012].
[8] S.-O. Ryding, Miljöanpassad produktutveckling, Stockholm: Förlags AB Industrilitteratur, 1998. [9] K. T. Ulrich and S. D. Eppinger, Product Design and Development, 4 ed., New York: McGraw-Hill, 2008. [10] A.-L. Osvalder, L. Rose och S. Karlsson, ”Metoder,” i Arbete och teknik på människans villkor,
Stockholm, Prevent, 2008, pp. 563-566.
[11] Dassault Systèmes SolidWorks Corp., ”Konstruktion,” Dassault Systèmes SolidWorks Corp., 2012. [Online]. Available: http://www.solidworks.se/sw/6455_SVE_HTML.htm. [Använd 19 01 2012]. [12] Digiteo, ”Scilab,” Digiteo, 2011. [Online]. Available: http://www.scilab.org/products/scilab. [Använd
19 01 2012].
[13] Mercedes-Benz Sverige AB, ”Mer om Mercedes Benz - Innovationer för bilindustrin - ESF 2009 - vägvisande säkerhet,” Mercedes-Benz, 2012. [Online]. Available: http://www.mercedes-benz.se/. [Använd 13 02 2012].
[14] S. Birch, ”External airbag slows car in a crash,” The Telegraph, 11 06 2009. [Online]. Available: http://www.telegraph.co.uk/motoring/road-safety/5495705/External-airbag-slows-car-in-a- crash.html. [Använd 13 02 2012].
[15] Scama AB, ”Road construction application,” Scama AB, [Online]. Available: http://www.scama.se/?page=road_construction_application&pid=208. [Använd 13 02 2012].
[16] Blinkfyrar, ”Nyhetsbrev från Blinkfyrar 1, 2010,” 2010. [Online]. Available: http://www.anpdm.com/newsletter/11826/424B5E417245465943. [Använd 04 06 2012].
[17] S. McBeath, Competition car aerodynamics, Sparkford: Haynes Publishing, 2011.
[18] H. Lunnon, ”Wikimedia Commons,” Wikimedia Commons, 22 06 2007. [Online]. Available: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chaparral_2J.jpg. [Använd 28 05 2012].
[19] H. B. Pacejka, Tyre and Vehicle Dynamics, Oxford: Butterworth-Heinemann, 2006.
[20] R. H. Turner och Y. A. Çengel, Fundamentals of Thermal-Fluid Sciences, 2:nd ed., Singapore: McGraw- Hill, 2005.
[21] M. Evans, Tyre Compounding for Improved Performance, Shrewsbury, GBR: Smithers Rapra, 2002. [22] H. Åström, ”Friktion på våt is för konventionella vinterdäck utan dubbar och för ett regummerat
vinterdäck med hårda partiklar i slitbanans gummi,” VTI notat, nr 43, 2001.
[23] J. Y. Wong, Theory of Ground Vehicles Fourth Edition, Hoboken: John Wiley & Sons, 2008.
[24] L. Wang och S. Zhao, ”Study on the Structure-Mechanical Properties Relationship and Antistatic Characteristics of SSBR Composites Filled with SiO2/CB,” Journal of Applied Polymer Science, vol. 118, nr 1, pp. 338-345, 2010.
[25] M.-J. Wang, ”Effect of polymer-filler and filler-filler interactions on dynamic properties of filled vulcanizates,” Rubber Chemistry and Technology, vol. 71, nr 3, pp. 520-589, 1998.
[26] B. Lorenz, B. N. J. Persson, S. Dieluweit och T. Tada, ”Rubber friction: Comparison of theory with experiment,” The European Physical Journal E, vol. 34, nr 129, 2011.
[27] G. Palasantzas, ”Comparison of hysteric and adhesive coefficient of friction for rubbers sliding onto self-affine rough surfaces,” Journal of applied physics 97, 2005.
[28] R. H. Smith, Analyzing Friction in the Design of Rubber Products and Their Paired Surfaces, Boca Raton: CRC Press, 2008.
[29] B. N. J. Persson, ”Theory of rubber friction and contact mechanics,” Journal of Chemical Physics, vol. 115, nr 8, pp. 3840-3861, 2001.
[30] B. N. J. Persson, I. M. Sivebaek, V. N. Samoilov, K. Zhao, A. I. Volokitin och Z. Zhang, ”On the origin of Amonton's friction law,” Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 20, 2008.
[31] L. Busse och M. Klüppel, ”Wet and dry friction of elastomers in advanced simulation compared to experiment,” i Constitutive Models for Rubber VI, Dresden, CRC Press, 2009, pp. 295-300.
[32] B. N. J. Persson, ”Rubber friction and tire dynamics,” Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 23, nr 1, 2011.
[33] J. E. Mark, B. Erman och F. R. Eirich, ”Chapter 9 - The Science of Rubber Compounding,” i The Science and Technology of Rubber, Third Edition, Amsterdam, Academic Press, 2005.
Mesoporous Silica,” Journal of Applied Polymer Science, vol. 125, nr S1, pp. E327-E333, 2012.
[35] M. A. Mansilla, L. Silva, W. Salgueiro, A. J. Marzocca och A. Somoza, ”A Study About the Structure of Vulcanized Natural Rubber/Styrene Butadiene Rubber Blends and the Glass Transition Behavior,” Journal of applied polymer science, vol. 125, nr 2, pp. 992-999, 2011.
[36] NHRA, ”Fun facts,” NHRA, 2003. [Online]. Available: http://www.nhra.net/streetlegal/funfacts.html. [Använd 15 03 2012].
[37] A. Nordh, Interviewee, Hilti Tekniskt Centrum. [Intervju]. 17 02 2012.
[38] VTI, ”VTI- Däckprovning och däcktester,” VTI, 2012. [Online]. Available: http://www.vti.se/sv/vti- erbjuder/dackprovning/. [Använd 27 05 2012].
[39] F. Cheli, E. Leo, S. Melzi och E. Sabbioni, ”On the impact of 'smart tyres' on existing ABS/EBD control systems,” Vehicle System Dynamics, vol. 48, nr Supplement 1, pp. 255-270, 2010.
[40] P. Gabriel, A. Thomas och J. Busfield, ”Influence of interface geometry on rubber friction,” Wear, vol. 268, p. 747–750, 2010.
[41] M. Hjort, ”SUV-däcks väggrepp på is,” VTI notat, nr 58, 2006.
[42] SaabCentral, ”Saab Central -Features,” SaabCentral, 2011. [Online]. Available: http://www.saabcentral.com/features/saab_9000/form_function_1987/9000_ff_4.php. [Använd 09 02 2012].