Slitage av styrnings- och hjulupphängningskomponenter : Prestanda hos systemet förare-fordon i simulerade kritiska situationer

* 4 M P3 % ala = k * k & gå o VS1 Pifeed c-b H åa * * -Sök -& köafr nåsf ** s o ** pefå r b +lät ettt ss. 454 9 " Pal -s s r *3 & i # k & ju f r i * l 4 Sd 4 ig j # 4 f % # / y 14 k % La A & A ck p 4 kl # k k -d fr v r a g 4 s 1% k sk. J S & A ä $ % W % så + -i ä = -vv håd i 14 . * s -in st o 1 2 2 ka ei xt d 3 2) D d a ja -4 -u f ' 2 w & K + m k % v * (. 2 * _ 2 d -# lg " 3 1 et å * » '% g . F o 8 v #* * _ _ . ; m 2 0 4 s -k v -3 > , . kl p . M * k x atv $ n z * t 3 & * C3 k > j id & > 4 > -% d g a -S = b i t d t * v -kl! F å 2 ma d d 0 . 4 8 4 h 3 H -# ls p i > F 2 m 5 -lg 4 i 4 5 ä & o + i %% , v 9 k l 4 ' . ? i 4 Tlf s * -A k 2 2 lag 2 hek 1 ig å 75 0 » f f ,. -, m 9 t *. t i 4 2 9 4 P * a = 8 I 4 % + at s k "0 * B r ö t L4 å 4 h 3 23 a va * & FZ F st så e t d d * 4 f k x. å f s 3 m # u k 2 la 5 k v ä nl "* + » u -H # 3 3 % hå 10% vp ak Du -v ige » 4 F vi då f k u Y 1 5 v a # h la x ) ., i 9 # ' 06. / # ' $ i i & -Pr s H id ag >P 3 * | fl 2 2 f x 2 A 4 S k 3 ; P Pa Sv e e der hu d ' i 4 3 s -pisk v % 3 rö r k 3 8 -2 2 1 h k s $ 2 e M 00 4 g* KY: ? 158 > * # a ä 4 a ä : 4 $ i ' S a 2 * v f 7 t + -JT H. '. £ Sr kk 05 ti _ v 1 S $ sht % » 12 s ' * # il v 74 -8 * A + v o o 2 v a . k m s M 4 ; / v / 4 # * k 4 $ i # 4 -N e r gf 1 + -v a & s 2 k k Sk 9 sk C v 4 v f + y f f = x 4 N e t 5 S v01 S K ve 3 4 ki u sig fd st # la * ä s v i $ . o y 4 1 ä 4 g s k x % H Å Ved vig v 3 x fs: * -= # # & k $ P i + ) . . ) v -S 12 k :.. Se # 4 0 " m ; d # i g x 2 -5 0 f # k a S i k * w , s 4', % te . i Y # %&, = % x 4 v; p 4 8 M s 3 t r , S l N ä g i s N k % p 2 78 -1 Lig" 5, N K » % # fa $ 2 2 id % *** # Å % V sec t s $ S G t a gt + å ' s % t i l * f >; 4 0 3 $ 2 d 4 i r ;x f 4 2 8 t sär $ & % yi M $ 4 k -ev 3 &. A % 2 * / fa i h m i k % p Psx å 2 A. f k v 1 e = 22 fä * v 5 % w AX E 3 4 ka # & -P4 . » * % hns 2 -* pov + -at v d g N #> å vå A f A f d y * + k 2 a kv 4 "K kod f % $ > & v R sel 5 f = T 4 1 -4 * 4 + * d s F & M 3 H M f » A v hå b -% k g * » -M $, k fyr P v & 3 IR = 9 & & * -& 3 i -kJ » 0 N ka få 2 » v $ o he k x .4 y ; %% # "a ; i 4 å act a 3 # d 4 v * 8 # ig. ..* jfr ; Mur gt 4 -%% 4 sl s in t l d kB d k k äl f ö 4 L S l å Z k i * 4 . $ . 1 » ide " 4 å t 8 f $ $ $ & e ' 1 . ' ( ' . _ å s % 2 å $ S % sl " i $ f I Å 3 $: : 3 k Vv P s PS m + k t o M B P l # -Sot te" 1 y 0 nr ies k a 4 1 2 4 & p v 3 löd k & s 3 C t 2 0 9 k % 2 N F 5 6 P > 2 -% e tå 1 f e % CP 2 i (2 t a t d 2 T t r 1 1 6 Nr 0 Lag t 2 9 3 0 1 0 j t a l ,å ; 27 13 112 2: 14 ! hade " g 03 CF d-_% % £ X 5, TF VA E E E 1-2 i få ih kö 4 NES , Natt Sl Sä sd Y i .. .? d Q Så 28 =l *** ke.% sw e: +-Pt le. bi

Statens väg- och trafikinstitut (VTI) - Fack ' 581 01 Linköping

Nr 109 - 1976

Slitage av styrnings- och

hjulupphängningskomponenter

Prestanda hos systemet förare-fordon

i simulerade kritiska situationer

FÖRORD

Rapporten bygger på ett tvärvetenskapligt forsknings-arbete. Civilingenjör Olle Odsell har varit huvudan-svarig för den fordonstekniska delen av arbetet och

fil.dr Peter W Arnberg för den beteendevetenskapliga

delen.

Detta är den tredje rapporten ingående i ett projekt

som behandlar köregenskapers beroende av slitage av fordonskomponenter. De två tidigare rapporterna är: Arnberg, P.W, Nilsson, A: Prestanda hos systemet förare-fordon i samband med slitage. En

litteratur-genomgång. VTI Internrapport nr 245 (1976).

Arnberg, P.W, Nilsson, A: Prestanda hos systemet

förare-fordon i samband med slitage av styr- och

hjul-upphängningskomponenter. VTI Rapport nr 86 (1976).

Undersökningen har finansierats med medel som ställts till statens väg- och trafikinstituts förfogande genom Transportforskningsdelegationen.

H F J F 4 H F4 h ub o H N N N N N N N wwwwwwwww C D xl O N U T J ÄW N H O W U ' I r b t zO N I -J INNEHÅLLSFÖRTECKNING REFERAT ABSTRACT SAMMANFATTNING SUMMARY BAKGRUND Allmänt Projektets målsättning Litteraturgenomgång Tidigare utförda försök METOD Allmänt Bana Försökspersoner Fordon Procedur Mätningar RESULTAT Allmänt Hastighet Sidacceleration Rattvinkelsumma Rattrörelser Påkörda koner överraskande hinder Bedömningar DISKUSSION Utvärdering av metoder Utvärdering av resultat LITTERATUR Sid II III VI Ln A u+ 4 H W H K D G D O N C D O W +4 H 16 16 17 17 19 20 20 22 24 26 26 28 32

REFERAT

Rapporten behandlar inverkan av glapp i styrning och

hjulupphängning på personbilars köregenskaper, med

speciell inriktning på prestationen hos systemet

förare-fordon i kritiska situationer.

Ett fältförsök har utförts där 33 st försökspersoner

körde en Volvo 142 och en Saab 99 dels i originalskick och dels med vissa glapp i styrning och hjulupphängning.

Bilarna kördes på en provbana där förarna utsattes för

två olika typer av överraskningssituationer i vilka väjningsmanövrer krävdes. I bilarna fanns utrustning

för registrering av hastighet, sidacceleration och rattrörelser. Efter körningen fick förarna göra en jämförande bedömning av bilarnas köregenskaper.

Den använda försöksmetoden utvärderas och jämförs med

andra metoder för mätning av fordonsegenskaper. Resul-taten från försöken och från tidigare utförda

under-sökningar ligger till grund för en bedömning av glappa komponenters betydelse för bilars manövrerbarhet och trafiksäkerhet. På grundval av detta ges några rekom-mendationer för hur glapp i fordonskomponenter ska bedömas vid kontrollbesiktning av personbilar.

II ABSTRACT

DEGRADATION OF STEERING AND SUSPENSION COMPONENTS

- Performance of the driver/vehicle system in emer-gency situations

The report deals with the effects of free play in

steering and wheel suspension on vehicle handling,

with special attention to the performance of the

sys-tem driver/vehicle in emergency situations.

A field study has been carried out where 33 subjects drove a Volvo 142 and a Saab 99 in both original condition and with certain degradations in steering and wheel suspension. The cars were driven on a test

track where the drivers were exposed to two different

types of surprise situations where they had to make

quick avoidance maneuvers. The cars were equipped

with instruments for the registration of speed,

later-al acceleration, and steering wheel movements. After

having driven the cars, the drivers made a comparative

judgement of the handling Characteristics of the cars. The test method used in this study is evaluated and a

comparison is made with other methods for testing vehicle Characteristics. Based upon the results from

the study and from previous studies, a judgement is made regarding the effects of free play in steering and suspension on vehicle handling and traffic safety. Consequently, some general recommendations are given for the judgement of degradations in steering and suspension components at technical inspections of

III SAMMANFATTNING

Projektet syftar till att klarlägga hur glappa detaljer i styrning och hjulupphängning påverkar personbilars

köregenskaper. Tidigare försök inom projektet har visat att vanliga bilförare förvånansvärt väl kan kompensera

för glapp i styrning och hjulupphängning och framföra fordon med sådana defekter på väg och i svåra banor med i stort sett bibehållen precision. Trots detta har mån-ga förare ansett att dessa fordon haft så dålimån-ga kör-egenskaper att de bedömts som trafikfarliga. Som en

tänkbar förklaring till denna skillnad mellan förarnas

bedömning och deras körresultat har framförts att fö-rarna känt sig osäkra på om de i kritiska situationer skulle kunna kompensera för glappen lika bra som under de väl intränade köruppgifterna under försöken.

I det försök som redovisas i denna rapport fick 33 fö-rare köra en Volvo 142 och en Saab 99, dels i original-skick och dels med vissa glapp på en sluten bana. Under körningen utsattes förarna för situationer där de måste göra en väjningsmanöver, dvs ett plötsligt uppkommande hinder på vägbanan simulerades. Två situationer

stude-rades, en där föraren var delvis förberedd på en

undan-manöver och en där han var helt oförberedd. I bilarna registrerades hastighet, sidacceleration samt

rattrö-relser, och eventuella påkörningar av koner och hinder

i banan noterades. Förarna fick efter körningen göra en

jämförande bedömning av bilarnas köregenskaper.

Resultaten visar att precisionen i körningen i stort

sett inte alls försämrades med de slitna fordonen, men

förarna fick anstränga sig något mer vid körning med

dessa fordon än vid körning med fordon i originalskick.

Förarna uppmärksammade i allmänhet felen på bilarna och

trots körresultaten bedömde några de slitna bilarna som

IV

Detta överensstämmer med vad man fått fram i tidigare undersökningar vid VTI och i USA, att mindre glapp i styrning och hjulupphängning inte har någon nämnvärd betydelse för prestanda hos systemet förare - fordon.

Förarens beteende är den dominerande faktorn för syste-mets prestation och i alla prövade köruppgifter har

fö-raren kunnat kompensera för de glapp i styrning och

hjulupphängning som förekommit. Glapp i styrningen ger

föraren en osäkerhetskänsla, men vid direkt jämförelse

mellan defekta fordon och originalfordon tycks föraren ha en tendens att överbetona glappens betydelse för

trafiksäkerheten.

Glapp i styrleder och i hjulupphängningens bussningar

kan vid bromsning ge styreffekter av olika storlek be-roende på fordonets konstruktion. Kursavvikelserna

blir vanligtvis relativt små, speciellt då föraren kom-penserar med ratten, men tidigare försök vid VTI har visat att osymmetriskt glapp i upphängningen av stela

bakaxlar kan ge upphov till betydande kursavvikelser vid bromsning.

Hittills genomförda undersökningar tyder alltså på att

mindre glapp i styrnings- och

hjulupphängningskomponen-ter inte påverkar fordonets köregenskaper i så hög

grad så att det kan anses trafikfarligt, men det bety-der inte att glapp oreserverat kan accepteras.

Generel-la gränsvärden för tillåtet gGenerel-lapp kan inte anges på

grundval av försämrade köregenskaper utan gränsvärdena bör i stället främst sättas efter risken för haveri av

enskilda komponenter (t ex urhOppade kulleder) och

ef-ter ekonomiska överväganden (t ex om glappa styrleder ger ökat däckslitage) så att bästa totala driftekonomi erhålls. Bedömning av glapp vid kontrollbesiktning vid

Svensk Bilprovning sker för närvarande i stort sett

efter dessa grunder och av denna anledning accepteras endast mycket små glapp i kulleder. I andra

komponen-ter, där risken för haveri är mycket liten, kan dock större glapp tolereras.

Det skall understrykas att de glapp som behandlas i

denna rapport är av sådan storlek som kan uppstå vid normal förslitning. Mycket stora glapp exempelvis i styrningen kan i allmänhet endast uppstå vid haveri av

någon detalj, och det kan direkt anses vara

trafik-farligt bl a beroende på att den viktiga information från bilen och vägbanan som föraren får via ratten då minskar kraftigt.

De utförda försöken är av begränsad omfattning och

exempelvis har effekterna av kombinationer av många

glappa komponenter inte studerats närmare. Kombinatio-ner av glapp och andra förändringar hos fordonet som tung last, defekta stötdämpare, felaktigt lufttryck i

däcken osv, har heller inte prövats. Men kan misstänka

att effekterna av glapp förstärks vid högre farter, men

de praktiska körförsöken har av säkerhetsmässiga skäl utförts i relativt låg hastighet. Förutom gällande

in-fästningen av stela bakaxlar ger dock de hittills

er-hållna resultaten inga grunder för någon skärpning av den bedömning av glapp i styrning och hjulupphängning som för närvarande görs vid den årliga kontrollbesikt-ningen av personbilar i Sverige.

VI SUMMARY

The purpose of this project is to investigate the effects of free play in steering and wheel suspension components on the handling of passenger cars. Earlier

tests within the project have proved that ordinary drivers are able to compensate for degradations in steering and wheel suspension surprisingly well, and to drive vehicles impaired by such defects on roads and on difficult test tracks with an almost intact

precision. Despite this fact, many drivers have judged these vehicles to be unsafe in traffic, due to bad

handling Characteristics. A conceivable explanation of this difference between the drivers' judgements and

their results is that the drivers may have doubted

their capability to compensate for the degradations in

emergency situations in the same effective way as in

the tests where the driving tasks had been trained

repeatedly.

In the test described in this report 33 drivers drove, on a closed test track, a Volvo l42 and a Saab 99 in both original condition and with certain degradations. During the driving the drivers were exposed to situa-tions where they had to make an avoidance maneuver, i.e. a suddenly emerging obstacle on the road was simu-lated. Two situations were studied, one where the dri-ver to some extent was prepared to make an avoidance maneuver, enui another where he was completely

unpre-pared. :D1 the cxuxs was speed, lateral acceleration

and steering wheel movements registered, and hits of

pylons and obstacles on the road were noted.

The results show that the driving precision was almost exactly the same with the worn vehicles as with the

ones of original condition, but the drivers had to exert themselves a bit more when driving the worn vehicles. Generally, the drivers noticed the defects

VII

of the cars and some of them judged the worn cars as

unsafe in traffic. This corresponds with what was con-cluded from earlier studies in Sweden and USA, that

minor degradations in steering and wheel suspension do not have any first-order influence on the performance of the system driver vehicle. The behaviour of the driver dominates the performance of the system and the driver has in all tested driving-tasks been able to

compensate for the degradations in steering and wheel suspension. However, free play in the steering gives the driver a feeling of unsafety, but when actually

comparing the defective vehicles with the vehicles of original standard, it seems that the driver has a

ten-dency to exaggerate the importance of the degradations

regarding traffic safety.

Free play in tie-rod ends and in bushings of the wheel suspension may, when braking, give steering effects of different size depending on the design of the Chassis. The path deviations are normally small, especially when

the driver compensates with the steering wheel, but

earlier tests have shown that assymetric play in the bushings for rear axles can give rather large path deviations when braking.

The investigations conducted so far indicate that free

play in steering and wheel suSpension components does

not affect the handling Characteristics of the vehicle

to such an extent that it can be regarded as unsafe in traffic, but that does not mean that free play is

acceptable without reservations. Generally applicable limit values for free play that can be allowed in stee-ring and wheel suspension components cannot be given on the basis of impaired handling Characteristics. The

li-mit values should instead mainly be based upon the risk of failures of single compOnents (e.g. separated ball

joints), and upon considerations of economical nature (e.g. if free play in tie-rod ends causes increased wear of tires), so the best total running economy is

VIII

obtained. The judgement of free play at the mandatory periodic vehicle inspection in Sweden is mainly based upon these rules and because of that very small amounts of play are accepted in ball joints. In other

compo-nents, where the risk for total failure is very small,

bigger amounts of play can however be tolerated. It is essential to point out that the degradations mentioned in this study are such that may result from normal wear. Very large amounts of free play, for

in-stance in the steering can only result from some

compo-nent failure, and that can directly be judged as un-safe in traffic, partly because the important informa-tion from the vehicle and the road that the driver gets

through the steering wheel then decreases

significant-ly.

The tests which have been carried out are within a

limited sc0pe and, e.g., the effects of combining

se-veral defective components have not been studied more thouroughly. Combinations of free play and other chang-es of the vehicle, as heavy load, defective

shock-absorbers, low air-pressure in the tires etc., have not

been tested either. One can suSpect that the effects

of free play are larger in high speeds, but the driving

tests have due to safety reasons been made in

relative-ly low speed. However, except regarding the bushings for rear axles, the results does not give any reason

for changing the principles that today is used when judging free play in steering and wheel suspension, at

the periodic technical inspection of passenger cars in

BAKGRUND

Allmänt

Periodisk fordonskontroll har på senare år börjat tillämpas i allt fler länder och många länder har

nu-mera obligatorisk sådan kontroll. (I Sverige sedan

1965 en årlig kontroll). I samband med detta har

in-tresset ökat för studier av hur förslitning,

inställ-ning och olika typer av glapp inverkar på fordonets

köregenskaper. Man har allmänt antagit att fordon som

nått viss grad av förslitning i olika komponenter

ut-gör en större risk i trafiken än ett nytt fordon. An-tagandet bygger dels på den ökade risken för haveri hos enskilda slitna komponenter såsom urhoppade styr-leder, korroderade bromscylindrar osv, men också på

att man befarar att fordonets köregenskaper försämras

genom slitage hos en eller flera komponenter. Man vet dock mycket lite om vilka komponenter som i slitet

tillstånd har mest inverkan på systemet förare-fordon.

Man vet inte heller vilken grad av förslitning hos en komponent eller flera komponenter i kombination som medför att köregenskaperna försämras så mycket att olycksrisken ökar jämfört med ett nytt fordon.

Många undersökningar har utförts i syfte att fast-ställa hur ofta slitage i någon fordonskomponent är

direkt eller bidragande orsak till en trafikolycka. Resultaten av dessa undersökningar är mycket olika, men de flesta anger att tekniska fel hos fordon varit direkta bidragandeu eller möjligt bidragande orsak i 3 - 22% av de undersökta olyckorna. Av de tekniska felen står bristfälliga däck och bromsar för den ab-solut största delen. Statistikunderlaget för defekter i styrning eller hjulupphängning är mycket litet, men några undersökningar anger sådana defekter som åtmin-stone möjligt bidragande orsak i l - 5% av olyckorna.

Vid VTI har forskning bedrivits under ett flertal år

för att belysa olika fordonskomponenters effekt på

personbilars köregenskaper (se litteraturlistan). Många frågetecken kvarstår dock gällande vissa komponenter som exempelvis stötdämpare, styrnings- och

hjulupp-hängningsdetaljer. Studier av bilars köregenskaper

och deras betydelse för trafiksäkerheten är dock svåra att göra av många skäl, av vilka några skall anges här. Skall man exempelvis studera hur enskilda biltypers köregenskaper försämras pga slitage eller skall man

ha ett allmänt minimikrav på vad fordon skall klara? Enligt en omfattande studie i USA (Fancher m fl 1972) är skillnaden i köregenskaper mellan nya personbilar

av olika typ och fabrikat större än skillnaden mellan ett slitet respektive ett nytt fordon av samma typ. Ur säkerhetssynpunkt bör man kanske koncentrera sig

på de ur körsynpunkt sämsta fordonen i trafiken, men å andra sidan sker en allmän förbättring av

fordons-parken om alla defekter även hos fordon med goda

kör-egenskaper avhjälps. En svårighet är att man i dag inte har något säkert sätt att objektivt mäta

köregen-skaper och man har därför inte heller kunnat fastställa

några minimikrav. Forskning pågår på detta område både

i Sverige och internationellt men innan sådana mätme-toder är utvecklade är man ofta hänvisad till regist-rering av enkla storheter som exempelvis hastighet och sidacceleration, plus subjektiva bedömningar av kör-egenskaper.

Helst skulle man vilja studera hur förare klarar att köra fordon med defekter ute i den verkliga trafiken. Det är dock förenat med stora risker och dessutom är det svårt att åstadkomma helt reproducerbara prov för

jämförelser. Därför får man i stället göra prov på

slutna banor där man försöker efterlikna situationer i den verkliga trafiken.

Vid mätning av fordonsegenskaper önskar man ofta göra förarens inverkan på proven så liten som möjligt genom

att exempelvis använda tränadetestförare, att göra

väldefinierade styrmanövrer t ex vridning av ratten mot ett stOpp vid ett visst styrutslag, eller att eliminera föraren helt genom maskinell styrning med

styrautomat. Sådana s k "open lOOp" prov ger goda

möj-ligheter till jämförelse av objektiva mätdata efter-som proven är i det närmaste helt reproducerbara. Man

måste dock vara försiktig vid värderingen av sådana mätdata eftersom man inte kan vara säker på att det

man mäter verkligen är relevant för trafiksäkerheten

vid körning med vanliga förare i trafik. Därför måste:"openrltmmf'prov kompletteras med s k "closed

loop" prov där man använder förare som tillåts korri-gera fordonets rörelser under körningen. På det sättet

kan man kontrollera om skillnaden i mätvärden för

for-donet ger skillnader i prestanda hos systemet förare-fordon eller om föraren kan kompensera för förare-fordonets

ändrade egenskaper. För att minska inflytandet av olika förarbeteenden i sådana prov måste man använda sig av många försökspersoner, och genom att bearbeta

erhållna mätvärden med statistiska metoder kan man

med god noggrannhet mäta skillnader i prestanda.

Projektets målsättning

Det projekt som redovisas i denna rapport syftar till

att klarlägga hur glappa detaljer i styrning och hjul-upphängning påverkar personbilars köregenskaper.

För detta har VTI bildat en tvärvetenskaplig grupp som har som målsättning att inte bara pröva

köregen-skaper hos slitna fordon utan även ta hänsyn till hur

dessa köregenskaper utnyttjas av vanliga förare. Detta gör det nödvändigt att arbeta fram metoder för att pröva vilka olika förare-fordonsystem som kan

accepteras i trafiken med speciell inriktning på

for-donets roll. Resultaten avses bl a kunna ge Svensk

Bilprovning underlag för bedömning av vilken

förslit-ning av styrförslit-nings- och hjulupphängförslit-ningskomponenter som kan tillåtas.

Litteraturgenomgång

En litteraturgenomgång har genomförts vid VTI (Arnberg och Nilsson 1976 A) där undersökningar som är rele-vanta för utvärderingen av slitageeffekt på fordons köregenskaper insamlats och analyserats. I en av dessa undersökningar (Fancher m fl 1972) gjordes ett omfat-tande simuleringsprogram i dator där man studerade hur förändringar i olika fordonskomponenter påverkade fordonets köregenskaper i sex olika väldefinierade manövrer. Genom detta simuleringsprogram fick man

fram vilka komponenter som sannolikt skulle ha det största inflytandet på fordons köregenskaper och man genomförde sedan fullskaleförsök med bilar där man

testade inverkan av dessa mest "kritiska" komponenter.

Resultaten av denna undersökning och av flera andra

som genomförts i USA var bl a att glapp av "rimlig"

storlek i styrnings- och hjulupphängningskomponenter inte ansågs försämra fordonens köregenskaper i någon större utsträckning. Alla dessa undersökningar har dock behandlat köregenskaper vid gränsen av fordonets

förmåga, s k "limit performance", och man har använt

styrautomater eller tränade testförare som kört under mycket kort tid med hög beredskap. Därför ansågs det

nödvändigt att undersöka hur vanliga bilförare klarar

körning med glappa komponenter vid "normal" körning

även under längre tid. VTI RAPPORT 109

Tidigare utförda försök

VTI har inom projektet tidigare genomfört ett försök (Arnberg och Nilsson 1976 B) där 12 vanliga försöks-personer var och en körde 9 fordon med olika slitna styrnings- och hjulupphängningskomponenter. De kom-ponenter som ingick i försöken valdes på grundval av resultaten från den tidigare nämnda amerikanska under-sökningen. Fordonen kördes i en testbana i närmare två timmar. Banan var relativt svår och bestod av tre delar, en raksträcka, en körfältsväxling och en ser-pentinbana. Under försöket registrerades hastighet, rattvinkelhastighet, rattvinkel, girvinkelhastighet, sidacceleration och fordonets avvikelse från banans

mittlinje. Efter proven jämförde förarna de olika

fordonen med avseende på köregenskaper och trafiksän kerhet. Resultaten visade att vanliga förare under lång tids körning kan kompensera mycket väl även för relativt kraftiga glapp. Förarna bedömde däremot att

vissa av de defekta fordonen hade mycket dåliga

kör-egenskaper och t o m att de inte borde få framföras

i trafik.

Det kan alltså sägas att i dessa försök där föraren visste sin styruppgift kunde de liksom i de amerikanska försöken kompensera för relativt kraftiga glapp i

styrning och hjulupphängning. Fortsatt forskning var emellertid nödvändig för att Visa om detta även gäller i kritiska situationer, dvs när en oförberedd förare snabbt skall manövrera fordonet. Förarnas bedömning av de defekta fordonens trafiksäkerhet kan tyda på att man ännu inte studerat problemet tillräckligt

ingående.

Det fortsatta arbetet inriktades därför dels på att finna lämpliga metoder för studier av oförberedda styrmanövrer och dels medelst dessa metoder pröva om

glapp i styrning och hjulupphängning påverkar förare-fordonssystemets prestanda i sådana situationer.

METOD

Allmänt

Den är givetvis svårt att simulera en realistisk över-raskningssituation som skall kunna upprepas flera

gång-er med samma försökspgång-erson. Då avsikten var att jämföra prestanda hos fordon i olika skick, var det nödvändigt

att begränsa förarens handlingsfrihet så att i möjli-gaste mån samma styrmanövrer erhölls vid de olika söken. För att tillgodose dessa önskemål delades för-söket upp i två situationer, en där föraren skulle ut-föra en intränad manöver men på okänd tidpunkt och en

situation där föraren var helt oförberedd.

Bana (se figur 1)

Försöken utfördes på en 1,7 km lång slinga på Scandi-navian Raceway i Anderstorp. På en ca 400 m lång

rak-sträcka markerades med plastkoner en trefilig bana för

körfältväxlingsprov. I banan fanns 10 portar där det var möjligt att byta körfält. Framför varje port stod en lampa. När lampan tändes i en port skulle föraren byta körfält i denna port. Från en manöverpanel vid

si-dan av banan kunde en försöksledare förvälja vilka

lam-por som skulle tändas då en bil passerade genom banan.

Lamporna tändes dock först då bilen körde över en

gum-mislang som låg över banan på ett visst avstånd före

porten. I denna bana skulle förarna utföra en intränad styrmanöver, men genom att välja en relativt kort

för-varning uppnåddes en Viss överraskningseffekt

efter-som försökspersonerna inte visste när och hur ofta

styr-manövern skulle utföras.

På ett annat avsnitt av banslingan åstadkoms en mer

renodlad överraskningssituation. Under en bro som gick

/;:..--I ---- ---\::

H

_{\\\__________\}

_I\

ç:::::::-/

/'

'\'

\\

I,

r

i

J/

§24

' ::

*N:o.-.---.----.-;§ - z:

Ficur l. Provbana på Scandinavian Raceway i Anderstorp.J

Figure 1. Test track at Scandinavian Raceway in Anderstorp VTI RAPPORT 109

1,5 m lång gummisäck kunde släppas ned i körbanan fram-för bilen. Säcken var 40 cm i diameter och fylld med

skumplast och den var heltofarlig att köra över.

Säcken kunde släppas ned med önskad förvarningstid

och målet var att åstadkomma en överraskningssituation där föraren var tvungen att utföra en kraftig

väjnings-manöver för att inte köra på hindret.

Försökspersoner

De två bilarna kördes av 16 resp 17 st förare, dvs

to-talt deltog 33 st försökSpersoner. Samtliga var män i åldern 20-60 år och de flesta uppgav att de körde re-gelbundet minst 1000 mil per år. För att minska behovet av träning på de två biltyperna valdes försökspersoner-na ut bland ägare till Volvo l40-serien och Saab 99 av 1972-1974 års modell, med hjälp av de lokala återför-säljarnas kundregister. Försökspersonerna betalades bra och intresset att delta i försöket var stort,

var-föringet.egentligt bortfall förekom. Försöken utfördes

under icke arbetstid.

Iäêaiag

Trots att förare som var vana vid samma fordonstyp som experimentfordonen utnyttjades, var en omfattande

trä-ning ändå nödvändig. I första hand tränades förarna så att de visste exakt vad de skulle göra i försöket. I

andra hand tränades de att med bibehållen hastighet ut-föra körfältväxlingar i banan utan att köra ned de

ko-ner som markerade körfälten. Eftersom provet simulerade en snabb undanmanöver där man inte hinner bromsa måste förarna lära sig att utföra den som den bör utföras i

trafiken, dvs utan att skära kurvan och utan att bromsa. VTI RAPPORT 109

Träningen utfördes medförsökspersonernas egna bilar i

två steg. Det första steget innebar att de åkte efter

en försöksledare i relativt låg hastighet och lärde

sig banan och körfältväxlingarna. Det andra steget

inne-bar individuell träning med kontinuerlig information från försöksledaren om vilka fel de gjorde, t ex broms-ning eller konnedkörbroms-ning. Försökspersonerna fick åka en 1 sänder och gradvis öka hastigheten till dess de fel-fritt kunde köra 60 km/tim. Två äldre försökspersoner uppnådde bara ca 50 km/tim innan träningen bröts, och då de även körde sakta i proven har de inte tagits med i resultatsammanställningarna.

Instruktion

hastigheten skulle de

be-fordon som

Försökspersonerna instruerades att hålla

60 km/h runt hela banan.

döma de körda fordonen och avgöra vilket Efter körningen

var bäst, varför och hur det märktes och slutligen om

något av fordonen var trafikfarligt. Försökspersonerna tillfrågades i förväg om de accepterade att bli utsatta

för en för dem totalt okänd överraskningssituation.

Samtliga försökspersoner accepterade detta.

Fordon

I försöken användes två bilar av 1972 års modell, en Volvo l42 och en Saab 99, vilka båda var utrustade med

automatväxellåda. På baksätets plats var mät- och

re-gistreringsutrustning monterad och denna betjänades av

en försöksledare som under proven medföljde bilen i

främre passagerarsätet. I övrigt var bilarna olastade.

Båda bilarna var utrustade med Michelin ZX stålradial-däck och lufttrycket i samtliga stålradial-däck var 180 kPa.

Figur 2. Figure 2.

r

:th

SAAB 99

Förenklad bild av försöksfordon med defekter i

styrning och hjulupphängning

Simplified picture of test vehicles with defects

in steering and wheel suspension

Höger styrled glapp 3 mm

:lm

ll

Varje fordon kördes dels i originalskick och dels med

defekter (glapp) i styrning och hjulupphängning. I det-ta försök provades endast de defekter som bedömdes som

allvarligast i de tidigare utförda försöken inom detta projekt (Arnberg och Nilsson l976B).

Dessa defekter var (se figur 2):

Volvo 142 Glapp i styrväxel motsvarande 150 "dödgång" på ratten med hjulen pekande rakt fram. Detta glapp åstadkoms genom utgänging av styrväxelns justerskruv.

Saab 99 Höger yttre styrstagsled glapp 3 mm samt

bakaxelns tvärstag glappt 10 mm i ena in-fästningen. Dessa glapp åstadkoms genom

by-te av styrstagsled och tvärstag i original-utförande mot bearbetade detaljer med nämnda

glapp.

Procedur

Försökspersonerna körde provbilarna två gånger var

ef-ter att ha bekantat sig med dem på en

inkörningssträc-ka. Hälften körde i första körpasset bilar i

original-utförande och andra hälften började med preparerade bi-lar. Försökspersonerna visste i förväg inte något om provbilarnas skick.

Varje körpass innefattade elva varv på banslingan vil-ket med pauser för instruktion tog ca 45 minuter. De

två första varven betraktades om övningsvarv med endast

en eller två körfältväxlingar per varv. Sedan följde

tre varv med tre körfältväxlingar per varv och inför dessa varv instruerades försökspersonerna att de skul-le vara maximalt koncentrerade, då det skulskul-le hända

12

Figur 4. Körfältväxlingsbana

Figure 4. Laneáchange track

Figur 5. överraskande hinder vid bron

Figure 5. Surprising obstacle at the bridge

13

varv då förarna instruerades att köra avslappnat, då det endast skulle bli ett fåtal körfältväxlingar under

alla sex varven. På tre av dessa varv gjordes ingen

körfältväxling och på de övriga tre varven gjordes en eller två växlingar.

Under första hälften av hela försöksperioden var gummi-slangarna som tände lamporna placerade så att lamporna tändes l sekund innan bilen nådde porten (vid 60 km/h). Under andra hälften av försöket minskades denna förvar-ningstid till 0,8 sekunder för att ytterligare öka

överraskningseffekten.

När försökspersonerna i första körpasset passerat den trefiliga banan för elfte gången och var på väg in mot depån för förarbyte, släpptes hindret vid bron ned framför bilen. Behållaren öppnades när bilen var på ett avstånd av ca 40 m från bron vilket motsvarar ca 2,5 sekunder vid 60 km/h. Det tog ca 1 sekund från det att behållaren öppnades tills hindret nådde marken och då de flesta förarna såg hindret när det var i luften hade de ca 2 sekunder på sig för en undanmanöver.

Det andra körpasset innefattade samma program i

kör-fältväxlingsbanan som första passet förutom att varven kördes i något annorlunda ordning'för att motverka eventuell inlärning. Hindret vid bron släpptes ned på

sjätte varvet, dvs det första varvet i avsnittet med

"avslappnad" körning.

Mätningar

I bilarna fanns utrustning för registrering av:

1. hastighet (kontrollvariabel)

2. maximal sidacceleration (ger ett mått på hur mycket

14

3. rattvinkelsumma (anger hur många grader ratten

vri-dits totalt under en styrmanöver, se figur 3)

4. rattrörelser (anger hur många och hur stora

ratt-rörelser som förekommit under en styrmanöver.

An-talet rattrörelser mättes i fem olika intervall:

4-120, 12-200, 20-280, 28-36O samt över 360,

se figur 3)

Registrering gjordes vid en körfältväxling per varv samt vid hindret. Mätutrustningen startades och stOp-pades på bestämda avstånd före och efter styrmanövern. Dessa avstånd var valda så att fordonet uppnått stabi-litet och kördes rakt framåt vid registreringens

bör-jan och slut.

På banan registrerades dessutom antalet påkörda koner samt om det nedsläppta hindret blev påkört.

Accelerometern för mätning av sidaccelerationen var

placerad på golvet bakom framsätena i bilarna. Ingen

kompensation för bilens krängning eller vägbanans

lut-ning har gjorts varför absolutvärdena för

15 rattvinkel vänster (0)

100%

20-

15

0

10

__t:

20-40'

60-

80-100*

90

V

rattvinkelsumma==7OO+6OO+50+1050+1150+350+150+100+50=

=4200

>36O

4

280-360

1

200-280

0

120-20O

1

40-120

3

totalt >4O

9

Figur 3. Registrering av rattvinkelsumma och rattrörelser

(exempel)

Figure 3. Registration of steering wheel angle sum and

(example) steering wheel movements

16

RESULTAT

Allmänt

Köruppgiften i den trefiliga körfältväxlingsbanan var avsiktligt relativt svår och den låg nära den presta-tionsgräns som en genomsnittlig bilförare kan tänkas

ha. I den föreskrivna hastigheten 60 km/h gav körfält-växlingsmanövern bilen en kraftig krängning men

manö-vern var inte så häftig att sladd normalt skulle kunna uppkomma. Den maximala sidaccelerationen låg i allmän-het i intervallet 5-7 m/s2 dvs ca 0.5-0.7 g (g==

tyngdaccelerationen 9.8l m/sz). Detta innebär att man hade relativt god marginal till friktionsgränsen

vil-ken erfarenhetsmässigt uppskattades till ca 1.0 vid

torr vägbana.

Det var dock tydligt att många av försökspersonerna aldrig kört bil i så häftiga manövrer tidigare och de uttryckte sin förvåning över att det gick att styra en bil i så tvära svängar i denna hastighet.

Vid träningen i egna bilar var flera försökspersoner tveksamma om de skulle klara att köra banan i 60 km/h.

De flesta lärde sig dock snart men ett par bilar hade så dåliga köregenskaper att träningen fick avbrytas i

lägre hastighet. Tiden medgav tyvärr ingen undersök-ning av dessa bilar men man kan misstänka att de hade felaktigt lufttryck i däcken, eventuellt kombinerat

med dåliga stötdämpare.

Under första hälften av försöket då lamporna tändes med l sekunds förvarning var det ytterst sällan som

någon missade att svänga in i rätt port. Då förvarnin-gen under senare hälften av försöket minskades till

0,8 sekunder blev uppgiften betydligt svårare och i

flera fall reagerade föraren inte tillräckligt snabbt för att hinna in i rätt port.

l7

Både försöksledare och försökSpersoner ansåg att banan

gav en god simulering av en undanmanöver för ett plöts-ligt uppkommande hinder i trafiken.

Hastighet

Med några få undantag lyckades försökspersonerna bra med att hålla konstant hastighet under styrmanövrerna. Skillnaderna i medelvärde (se figur 6) mellan

original-reSpektive preparerat fordon är inte signifikanta.

Skillnaden mellan Volvo och Saab beror troligen på att

Saabens hastighetsmätare var stabilare och mer

lätt-avläst än Volvons.

Sidacceleration

Den maximala sidaccelerationen under en styrmanöver

kunde variera ganska mycket för en och samma person i olika körfältväxlingar, beroende på hur snabbt han reagerade på en tänd lampa. Om man ser på enskilda personers medelvärden vid körning med original- res-pektive defekt fordon kan man dock inte se någon genom-gående tendens till högre värden för något av utföran-dena. Inte heller sidaccelerationens medelvärde för samtliga försökSpersoner uppvisar någon signifikant

skillnad mellan fordon i original- respektive

prepare-rat skick; (se figur 6).

För att undersöka om skillnader i medelhastighet

påver-kar jämförelsen har i de högra spalterna i figur 6 en normering av sidaccelerationen till 60 km/h gjorts enligt formeln:

2

_ 60

V T I R A P P O R T l 0 9

Figur 6. Medelvärden per körfältväxling för samtliga försökspersoner

(totalt 469 st körfältväxlingar med 31 st försökspersoner)

Figure 6. ArithmeticalxmäNMSper lane-change for all subjects (totally

469 lane-changes with 31 subjects)

Bil Volvo original Volvo defekt H Saab original Saab defekt

n

uppmätt normerad uppmätt normeraduwmmátt normerwd uppmätt normerad

Hastighet (km/h) 58.4 60 58.5 60 59.2 60 59.6 60

Max sidacceleration (m/s2) 6.29 6.65 6.30 6.62 6.10 6.26 6.12 6.20

Rattvinkelsumma (O)

518.5

572.1

494.6

525.3

Antal rattrörelser

>36O

3.4

3.6

3.3

3.4

0

280-36

0.2

0.4

0.2

0.2

200-280

0.4

0.8

0.5

0.5

120-20O

0.9

1.2

1.0

0.9

40-12

totalt >4O

7.8

9.9

7.5

7.2

Antal påkörda koner 0.38 0.44 0.41 0.30

Antal påkörda koner på 0 9 l 2

raksträcka (totalt under försöket)

19

Formeln är härledd ur formeln för centripetalaccele-w rationen

2

V a :___.._

C r

Normeringen innebär att fordonet har antagits köra

med samma kurvradie r som vid den verkliga mätningen

men med hastigheten 60 km/h i stället för med den verkliga hastigheten V km/h. Normeringen resulterar

dock inte heller i några signifikanta skillnader i sidacceleration och förändrar därför inte tidigare

slutsatser.

Rattvinkelsumma

Rattvinkelsumman anger summan av alla rattrörelser

under en styrmanöver och kan därför sägas vara ett mått på förarens arbetsinsats. Både Volvo och Saab

uppvisar signifikanta skillnader i medelvärdet för samtliga försökspersoner, (se figur 7).

För Saab är skillnaden signifikant på 5%-nivån vid

beroende t-prövning, vilket innebär att man med 95% sannolikhet kan säga att det verkligen föreligger en

skillnad mellan resultaten.

För Volvo är skillnaden större och signifikant på 2%-nivån, men här är det mer självklart att det bör

föreligga en ordentlig skillnad eftersom rattens

"död-gång" kring mittläget var ca 150 i glappt utförande jämfört med ca 40 i originalutförande. I Saab kändes ingen motsvarande skillnad i "dödgång" eftersom endast

20

Rattrörelser

Antalet rattrörelser av olika storlek ger ytterligare ett mått på förarens arbetsinsats.

Volvon med glapp styrning uppvisar fler rattrörelser

än originalfordonet inom samtliga storleksklasser, vilket också var att vänta med hänsyn till felets art. Speciellt har antalet små rattrörelser ökat markant med den defekta bilen, och det visar att den kräver större aktivitet av föraren vid körning. Detta kan tänkas vara tröttande vid körning längre sträckor, speciellt vid yttre störningar såsom spårig vägbana

och sidvind. De tidigare utförda försöken visade dock

att förarna klarade att köra bilar med stora glapp under relativt lång tid (ca 2 timmar) utan försämrad

prestation.

De små skillnader i rattrörelser som erhållits för

Saaben är inte signifikanta. Påkörda koner

Plastkonernas funktion var att markera banan noga så

att körfältväxlingsmanövrerna i största möjliga ut-sträckning utfördes likadant varje gång. Beroende på förarens uppmärksamhet, reaktionsförmåga och

körskick-lighet varierade dock spårvalet i styrmanövrerna ganska

mycket. I genomsnitt för hela försöket påkördes en kon

vid ungefär var tredje körfältväxling men spridningen

mellan olika förare var stor. Den kon som oftast blev

påkörd var den som stod i innersväng vid inkörning i

21

A

450 «

525.3

original defekt original defekt

Volvo Saab

Figur 7. Medelvärdenför'rattvinkelsumma per körfältväxling

Figure 7. Arithmeticalnmmumsfor steering wheel angle sum per

lane-change VTI RAPPORT 109

22

Inga signifikanta skillnader erhölls mellan

medelvär-dena av påkörda koner per körfältväxling för original-respektive preparerade fordon. De flesta förare körde dock på något färre koner i andra körpasset jämfört

med det första.

I några fall påkördes koner även på raksträckorna lan portarna. Här erhölls en signifikant skillnad mel-lan Volvons två olika utföranden, då totalt nio koner blev påkörda av den defekta Volvon medan ingen kon blev påkörd av Volvon i originalskick. Det visar att det var svårare att hålla den defekta Volvon i rak kurs i de

2,5 m breda filerna. Överraskande hinder

Det nedsläppta hindret vid bron blev en total

överrask-ning för förarna i första körpasset. Andra körpasset var de mer vaksamma vid passeringen av bron men många uppgav att de blev ordentligt överraskade även andra gången. De hade väntat sig att hindret åter skulle släppas ned på sista varvet och inte mitt i körpasset.

Direkt efter denna överraskningssituation fick förarna tala med en försöksledare (psykolog) om hur de upplevt

situationen. Nästan alla förare tyckte situationen var

mycket realistisk och många var skakade av hur ineffek-tivt de reagerat, - även de som lyckades undvika att

köra på hindret. I de fall försöksledaren bedömde det

nödvändigt förklarade han att även en påkörning av

hindret kan anses som ett normalt beteende i denna typ av situation. Alla försökSpersoner hade i förväg

accep-terat att bli utsatta för en oförberedd situation och samtliga tyckte försöket varit givande och lärorikt. Trots att förarna i allmänhet upptäckte hindret ca 2

sekunder innen de nådde fram vid 60 km/h, blev hindret VTI RAPPORT l 0 9

23

påkört i 25% av fallen. Fler påkörningar inträffade i första körpasset än i det andra (39% resp 10%), och påkörningsfrekvensen var något högre för Volvon än för Saaben (28% resp 22%). De flesta förarna gjorde en

ningsmanöver åt vänster utan att bromsa men några

väj-de åt höger utanför körbanan. I ett par fall körväj-de fö-raren rakt på hindret med i det närmaste oförminskad

hastighet.

För ett par försökspersoner, som försöksledaren bedömde som något osäkra bilförare, förlängdes förvarningstiden

med ca 0,5 sekunder. Dessa förare var de enda som för-sökta tvärbromsa utan att väja och de lyckades stanna strax före hindret utom i ett fall då hindret ändå blev påkört. Om tvärbromsningen berodde på förarnas bristan-de körvana eller bristan-den längre förvarningstibristan-den är svårt

att avgöra. Med normal förvarningstid var det dock

knappast möjligt att undvika att köra på hindret genom

enbart bromsning.

Förutom då hindret blev påkört erhölls avvikelser från

det önskade beteendet i ytterligare 20% av fallen genom att föraren körde för långsamt, körde mitt i vägbanan

eller tvärbromsade. De återstående 55% av fallen som

resulterade i jämförbara väjningsmanövrer gav följande

medelvärden för sidacceleration och rattvinkelsumma:

Volvo Saab

original defekt original defekt

Sidacc. (m/sz) 6.9 7.3 6.4 7.0

Rattvinkel- O _{652 704 459 546}

summa ( )

Variationerna kring dessa medelvärden var dock stor beroende bl a på hur tidigt föraren upptäckte hindret, åt vilket håll han väjde och var i sidled på vägbanan

han körde före hindret. Oberoende t-prövning ger också VTI RAPPORT 109

24

att skillnaderna mellan medelvärdena;üüuaär

signifi-kanta utom för rattvinkeln på Saaben som uppvisar signifikant skillnad på 5%-nivån. Av ovan nämnda or-saker är värdena dock så osäkra att någon säker slut-sats beträffande inverkan av glappen inte kan dras.

Bedömningar

Varje förare gjorde under försöket flera bedömningar, men skillnaden mellan dem var mycket liten, därför

presenteras endast deras slutgiltiga bedömning.

De preparerade bilarna bedömdes som betydligt sämre än

de som var i originalskick och även betydligt sämre än förarnas egna bilar (se figur 8). För både Saaben och Volvon är skillnaderna mellan defekt fordon och

origi-nalfordon respektive defekt fordon och eget fordon sig-nifikanta på 5%-nivån (beroende t-prövning). För Saaben är även skillnaden mellan defekt fordon och trafik-säkerhetsgränsen V signifikant på 5%-nivån medan den defekta Volvon ligger mycket nära denna gräns då

hälf-ten av försökspersonerna ansåg den trafikfarlig.

Bedöm-ningarna överensstämmer mycket väl med bedömBedöm-ningarna av

samma fordon i de tidigare försöken.

Glappet i styrningen på Volvon uppmärksammades av de flesta vilket troligen inverkade på bedömningen. Glap-pen på Saaben var dock svårare att upptäcka bl a på

grund av att endast ena framhjulet hade glapp styrled.

Många av förarna kunde inte ange vad som var fel på Saaben men några tyckte att bilen uppförde sig "Opå-litligt".

Trots att överensstämmelsen mellan förarnas bedömning var relativt god fanns det enstaka förare som hade

mycket svårt att bedöma fordonen. Någon ansåg t ex att den defekta Volvon hade "mjukare" styrning och

V T I R A P P O R T 1 0 9 Mycket svår att köra Mycket lätt att köra H Il H > t] m 80 70-60' 50_ 20-10"

bedömd gräns för vad som kan tillåtas i trafiken

bedömd gräns för vad föraren skulle acceptera i dagligt bruk

standardavvikelse S=l9,94 [ \ 0 0 C ) N H U ) ; J I ; % Cxl 4%96 2856 3 ,0 62,5 3%60

Original Defekt Egen bil Original Defekt Egen bil

Saab Volvo

Figur 8. Bedömningar av köregenskaper

Figure 8. Judgements Of handling Characteristics

s a k . S a a b e n va r a b ät t r e ut a n a t t k un n a a n g e n a 0 .4g o n d i r e k t 0 r -b e d öm d e d e t s o m s äk r a r e , m e d a n n åg r a a n s åg d e n d e f e k t a 25

26

DISKUSSION

Utvärdering av metoder

Den korta förvarningstiden (0.8-l sek) vid körfältväx-lingsprovet gjorde köruppgiften relativt svår och föra-ren måste vara ordentligt uppmärksam vid passerandet av varje par av lampor. överraskningsgraden var inte så hög, men ändå betydligt högre än i en utstakad körfält-växlingsbana där föraren i förväg exakt vet hur han ska köra. Överraskningsmomentet och den korta

förvar-ningstiden medförde att föraren inte i förväg hann

kom-pensera för eventuella upplevda defekter hos bilen, vilket även gäller i en kritisk situation i trafiken. Det nedsläppta hindret kom första gången som en

full-ständig överraskning för förarna men de flesta uppgav att de blev ordentligt överraskade även andra gången.

Situationen upplevdes som mycket realistisk och som en parentes kan nämnas att flera försökspersoner ansåg att alla bilförare borde få uppleva en sådan situation för att bättre kunna bedöma risker i trafiken och känna sin egen begränsning.

Överraskningen var så stor att många hade svårt att i

efterhand beskriva hur de hade reagerat och hur bilen

hade uppfört sig. Därför hade de svårt att bedöma for-donets köregenskaper i denna situation. Emellertid re-gistrerades hastighet, sidacceleration och rattrörelse

och dessa värden tillsammans med observation gav en god

bild av händelseförlOppet. De förare som väjde förbi hindret uppnådde i allmänhet sidaccelerationer av stor-leksordningen 0.6-O.8 g. Dessa mycket höga värden ska jämföras med de värden på O.2-O.4 g som normalt före-kommer i trafiken (Bergman l973, Arnberg 1976). Inte ens i kritiska situationer i trafiken använder förare enligt Bergman mer än ca 0.35 g, trots att de oftast skulle kunna utnyttja ca 0.8 g. En anledning till att

27

vi i vårt försök erhållit så kraftiga undanmanövrer kan dock vara att förarna fått träna sådana manövrer i körfältväxlingsbanan tidigare. Utan den träningen

skul-le förmodligen lägre sidacceskul-lerationsvärden och fskul-ler

påkörningar av hindret erhållits.

I många tidigare undersökningar har man understrukit svårigheterna med att använda vanliga förare i prov där man önskar utvärdera fordonsegenskaper. De stora variationer i mätdata som erhålles pçga variationer i

beteende hos enskilda förare och framför allt mellan

olika förare, har man försökt minimera genom att

an-vända vältränade testförare eller exempelvis

styrauto-mater. Då kan det dock vara svårt att avgöra om man mäter fordonsegenskaper som har avgörande betydelse i

verklig trafik. Eftersom det är interaktionen mellan

förare och fordon som bestämmer systemets uppförande i trafiken är det väsentligt att man även försöker

studera detta kompletta system. Båda metoderna har

sitt berättigande och kan sägas komplettera varandra.

Den i försöket använda överraskningssituationen, då

ett hinder släpptes ned framför bilen efterliknade väl

en verklig kritisk situation i trafiken. Situationen resulterade dock i alltför olika manövrer av förarna för att några säkra slutsatser om fordonens

köregen-skaper skulle kunna dras. Metoden kan alltså sägas

va-ra realistisk men dåligt reproducerbar. Det bör

emeller-tid vara möjligt att öka reproducerbarheten genom att exempelvis begränsa förarens vägval något, utan att

verklighetsanknytningen minskar nämnvärt. Metoden bör då med fördel kunna användas vid studier av

fordons-egenskaper, framför allt som komplement till helt

rep-roducerbara metoder av "open lOOp" typ. Metoden med körfältväxling vid ljussignal uppvisade relativt god reproducerbarhet men var kanske något mindre realistisk

pçga den konstlade orsaken till väjning. Försöken visa-de dock att man genom att använda många försökspersoner

28

och bearbeta mätdata med statistiska metoder med god

tillförlitlighet kan mäta och bedöma fordonsegenska-per.

Utvärdering av resultat

Glapp i styrning och hjulupphängning förändrar otvivel-aktigt köregenskaperna hos en personbil. Hittills

ut-förda undersökningar tyder dock på att dessa

föränd-ringar inte är av så allvarlig art att de nämnvärt

för-sämrar förarens möjligheter att manövrera fordonet. Vid normal körning kan olika glapp medföra att föraren får

anstränga sig mer genom fler rattrörelser och

kurs-korrigeringar. Det tidigare försöket (Arnberg och

Nilsson l976b) har dock visat att bilförare med genom-snittlig körvana under körning mycket väl kan kompen-sera för glappen även under längre tid.

Glapp i styrleder och i hjulupphängningens bussningar

kan ge oönskade styreffekter vid bromsning. Effekterna

är olika stora beroende på bilens konstruktion och be-roende på vilken komponent som är glapp. Kursavvikelser-na blir vanligtvis relativt små, men i en tidigare ut-förd undersökning (Nordström och Roland l976)

konsta-terades att osymmetriskt glapp i upphängningen av en stel bakaxel på en Volvo gav en avsevärt kursavvikelse Vid bromsning. I allmänhet kan föraren kompensera såda-na kursavvikelser med ratten, men snedställning av

stela bakaxlar kan ge så stora styreffekter vid

broms-ning att särskild uppmärksamhet bör ägnas bakaxelns

in-fästning vid kontrollbesiktning.

I kritiska situationer då föraren tvingas utföra en kraftig undanmanöver är förarens beteende den

dominerande faktorn för prestationen hos systemet förare

-- fordon. Inte i någon av de prövade - överraskningssi-tuationerna har det kunnat påvisas att mindre glapp i VTI RAPPORT 109

29

styrning och hjulupphängning har försämrat förarens möjligheter att manövrera fordonet. Trots detta har

re-lativt många förare bedömt att de defekta fordonen haft

avsevärt sämre köregenskaper än originalfordonen, och

den defekta Volvon bedömdes i flera fall som trafik-farlig. Glapp i styrningen gav förarna en osäkerhets-känsla, men bedömningarna tyder på att förarna vid en direkt jämförelse av de båda bilarna övervärderat

glap-pens betydelse för trafiksäkerheten. Orsakerna till

detta kan vara att de fick arbeta mer med ratten för att kompensera för glappen och eventuellt även att de kände på sig att glapp av denna storlek inte skulle godkännas vid en kontrollbesiktning.

Utländska undersökningar har visat att olika fordons-typer (t ex över- respektive understyrda) har större inflytande på prestationen än den marginella försämring

av köregenskaperna som kan orsakas av glapp i styrning och hjulupphängning hos ett enskilt fordon. Detta kan

också exemplifieras av att den "dödgång" i ratten på

150 som Volvon preparerades med närmast kan betraktas

som normalt på vissa amerikanska bilar.

Generella gränsvärden för acceptabelt glapp i styr-nings- och hjulupphängningskomponenter är följaktligen

svårt att ange på grundval av försämrade köregenskaper. Gränsvärdena bör i stället främst sättas efter risken för haveri av enskilda komponenter, såsom exempelvis urhOppade kulleder. Mindre glapp i komponenter, som exempelvis bussningar, styrväxlar och vissa typer av styrspindelleder, där ingen eller mycket liten risk för

haveri föreligger, kan inte anses motivera

underkännan-de av trafiksäkerhetsmässiga skäl vid kontrollbesikt-ning. Man måste dock vid bedömningen ha i beaktande att förslitning när den väl börjat ofta har ett accelererat förlOpp, och mycket kan hända på ett år mellan två

kontrollbesiktningar. Vid bedömningen av glapp kan även ekonomiska överväganden vara av betydelse, då

exempel-30

vis glapp i styrning och hjulupphängning kan orsaka

ökat däckslitage. Då kan byte av detaljer med glapp som inte påverkar trafiksäkerheten ändå vara motiverat för att uppnå bästa totalekonomi för bilägaren.

Bedömning av glapp vid kontrollbesiktning hos Svensk

Bilprovning sker för närvarande i stort sett efter de grunder som angetts ovan, och därför accepteras endast

mycket små glapp i kulleder. Man bör dock kunna

tolere-ra större glapp i detaljer där ingen risk för haveri

föreligger, speciellt på äldre bilar som har en kort sannolik kvarvarande livslängd. I sådana fall är det oekonomiskt ur både bilägarens och samhällets synpunkt

att byta dyra detaljer om det inte är nödvändigt med

hänsyn till trafiksäkerheten.

Det skall understrykas att de glapp som behandlas i

denna rapport är av sådan storlek som kan uppstå vid normal förslitning, dvs glapp i kulleder av storleks-ordningen några mm, glapp i bussningar upp mot någon om och glapp i styrningen omkring 15-200 på ratten.

Större glapp än dessa kan i allmänhet endast uppstå

vid haveri av någon detalj, och det kan direkt

betrak-tas som trafikfarligt, bl a beroende på att den vikti-ga information från bilen och vägbanan som föraren får via ratten då minskar kraftigt.

Försöken har utförts med ett mycket begränsat antal

fordon och med endast ett fåtal av de komponenter som pç;a slitage kan tänkas påverka köregenskaperna.

Effek-terna av kombinationer av olika glappa komponenter eller kombinationer av glappa komponenter och exempel-vis defekta stötdämpare har inte studerats närmare. Man kan misstänka att effekterna av glapp förstärks på fordon som är instabila och överstyrda pçga tung last,

31

felaktigt lufttryck i däcken osv, men sådana kombina-tioner har heller inte prövats.

AV säkerhetsmässiga skäl har de praktiska körförsöken utförts i relativt låg hastighet (60-70 km/h). Det är känt att förändringar i fordons kördynamik oftast för-stärks kraftigt vid hög hastighet, och därför vore det önskvärt att pröva inverkan av exempelvis glapp

styr-ning i hög fart. Praktiska körförsök är emellertid

ris-kabla och därför svåra att genomföra med

försöksperso-ner, men sådana undersökningar bör med fördel kunna

ut-föras i körsimulator när en sådan finns tillgäng-lig i landet.

Förutom gällande infästningar av stela bakaxlar ger de hittills erhållna resultaten inga grunder för någon skärpning av den bedömning av glapp i styrning och

hjulupphängning som för närvarande görs vid den årliga

32

LITTERATURLISTA

Aldman B, Thorngren L, Larsson S: Haveriundersökningar

av vägtrafikolyckor i Uppsala län l960-l97l. VTI Rapport nr 50 (1974).

Arnberg P W: Säkerhetsmarginaler före och efter

ytbe-handling av grusvägar. En experimentell studie.

VTI Rapport nr 112 (1976).

Arnberg P W, Nilsson A: Prestanda hos systemet förare -- fordon i samband med slitage. En - litteraturge-nomgång. VTI Internrapport nr 245 (l976A).

Arnberg P W, Nilsson A: Prestanda hos systemet förare -- fordon i samband med slitage av styr-- och - hjul-upphängningskomponenter. VTI Rapport nr 86 (197GB).

Bergman W: Measurement and Subjective Evaluation of

Vehicle Handling. SAE (1973).

Bieber R A: The measurement of drivers' performance in

stressful driving situations. Federal Highway

Ad-ministration (1973).

Fancher P S m fl: Limit Handling Performance as Influen-ced by Degradation of Steering and Suspension

Sys-tems. Michigan University (1972).

Formgren C, Nordström O: Personbilsdäcks

sidkraftegen-skaper. Skillnader mellan däck av samma typ och fabrikat samt skillnader mellan däck av olika fab-rikat. VTI Rapport nr 8 (1972).

Magnusson G, Nordström O: Däcksutrustningens inverkan

på personbilars köregenskaper. Förundersökning. Statens Väginstitut Specialrapport nr 86 (1970).

Magnusson G: Undersökning av styrradiens inverkan vid

bromsning på vägbana av typ "split-friction". VTI Rapport nr 94 (1976).

Nilsson A, Ohlsson E: Vattenplaningsförsök l967-l969. Statens Väginstitut Specialrapport nr 85 (1970). Nilsson B, Orehall B: Mönsterdjupets inverkan på

per-sonbilsdäcks styregenskaper. Studier av stationära och transienta karakteristika på torr vägbana med hög friktion. VTI rapport nr 99 (under arbete).

33

Nordström O, Roland M: Osymmetrisk

bromskraftfördel-ning. Uppkomstmekanismer och inverkan på kurssta-bilitet och manöverbarhet vid bromsning. VTI

Rap-port nr 93 (1976).

Treat J R, Joscelyn K B: The Role of Steering and Sus-pension Degradations and Failures in Accident