Tekniska resurser för forskning om cykling
En översikt av befintliga resurser i Sverige
Jones Karlström
VTI notat 19-2019
|
T
ekniska r
esurser för forskning om cykling. En öv
ersikt av befintliga r esurser i Sv erige
VTI notat 19-2019
Utgivningsår 2019
www.vti.se/vti/publikationerVTI notat 19-2019
Tekniska resurser för forskning om cykling
En översikt av befintliga resurser i Sverige
Författare: Jones Karlström, (VTI) Diarienummer: 2018/0017-9.1 Publikation: VTI notat 19-2019
Omslagsbilder: Hejdlösa Bilder och Katja Kircher Utgiven av VTI, 2019
Förord
I den nationella strategin för ökad och säker cykling, som regeringen presenterade i januari 2017, poängterades bland annat att forskning och ny kunskap är avgörande i arbetet med ökad och säker cykling. I början av 2018 fick därför VTI i uppdrag av regeringen att driva ett nationellt
kunskapscentrum för forskning och utbildning om cykling.
Rapporten är sammanställd som en strategisk satsning inom det av regeringen (2018) inrättade kunskapscentrumet för cykling som drivs i VTI:s regi (cykelcentrum.vti.se).
Stort tack till Anna Niska föreståndare på Cykelcentrum och forskningsledare på VTI för vägledning i arbetet med rapporten samt information om tekniska resurser som har använts för cykelforskning inom forskningsinstitutet. Tack till övriga kollegor på VTI som har bidragit med information om teknisk utrustning. Ett stort tack riktas även till Peter Schantz på Gymnastik- och idrottshögskolan, Jens Westergren Högskolan Dalarnas idrottslaboratorium, Aliaksei Laureshyn Lunds tekniska högskola, Marco Dozza Chalmers, Peter Halldin MIPS AB, Viveca Wallqvist RISE, Christer Johansson Stockholms universitet och David Martin, Stefan Olsson, Mikael Oom hos RISE SMP Svensk maskinprovning AB i Alnarp, Johan Carell hos Velodromen samt Henrik Biswanger på AstaZero för information om tekniska resurser som kan användas inom cykelforskning i deras respektive
verksamheter.
Stockholm november 2019
Kvalitetsgranskning
Intern peer review har genomförts 11 oktober 2019 av Anna Niska. Jones Karlström har genomfört justeringar av slutligt rapportmanus. Forskningschef Leif Sjögren har därefter granskat och godkänt publikationen för publicering 20 november 2019. De slutsatser och rekommendationer som uttrycks är författarens egna och speglar inte nödvändigtvis myndigheten VTI:s uppfattning.
Quality review
Internal peer review was performed on 11 October 2019 by Anna Niska. Jones Karlström has made alterations to the final manuscript of the report. The research director Leif Sjögren examined and approved the report for publication on 20 November 2019. The conclusions and recommendations expressed are the author’s and do not necessarily reflect VTI’s opinion as an authority.
Innehållsförteckning
Sammanfattning ...7 Summary ...9 1. Inledning ...11 1.1. Bakgrund ...11 1.2. Syfte ...11 1.3. Avgränsning ...11 1.4. Metod ...122. Cykling och hälsa ...13
2.1. Gymnastik- och idrottshögskolan ...13
2.1.1. Laboratoriet för biomekanik och motorisk kontroll ...13
2.1.2. Laboratoriet för tillämpad idrottsvetenskap ...14
2.1.3. Åstrandlaboratoriet ...15
2.2. Högskolan Dalarnas idrottslaboratorium ...16
2.2.1. Rullband HP COSMOS ...16
2.2.2. Cykelergometrar ...16
2.2.3. Elektromyografi ...17
2.2.4. Rörselanalys Ambulatory Parkinson’s Disease Monitoring (APDM) ...18
2.2.5. Effekt- och hjärtfrekvensmätare ...18
2.2.6. Sadeltrycksmätning ...19
2.2.7. Ytterligare teknik och mätutrustning vid LIVI ...19
2.3. Reflektion ...20
3. Beteende och interaktion mellan trafikanter ...21
3.1. Kameramast vid Lunds tekniska högskola ...21
3.2. Ögonrörelsedetektor vid VTI ...21
3.3. Cykelsimulator vid VTI ...22
3.4. Cykelsimulator (RISE) ...23
3.5. Instrumenterade cyklar för naturalistiska studier av cykling samt kamerateknik på cykeln ...23
3.6. Actionkameror ...24
3.7. Reflektion ...24
4. Cyklisters säkerhet ...26
4.1. Krocksäkerhetslaboratorium vid VTI ...26
4.2. Krockdockor...28
4.3. Hjälmprovningslaboratorium ...29
4.4. Reflektion ...30
5. Cykeln och dess komponenter ...31
5.1. Däckprovningsanläggning...31
5.2. Laserbaserad mätutrustning ...32
5.3. Standardiserade tester av cyklar och cykelkomponenter ...32
5.4. Reflektion ...33
6. Cykeltestbanor och anläggningar ...34
6.1. AstaZero ...34
6.2. VTI:s cykeltestbana ...35
6.4. Reflektion ...36
7. Infrastruktur, drift och underhåll ...38
7.1. Mobiltelefonapp för mätning av cykelvägars ojämnheter ...38
7.2. Cykelmätvagn ...38
7.3. Portable friction tester (PFT) ...39
7.4. Temperaturmätare ...40
7.5. Restsaltmätare ...40
7.6. Vägväderinformationssystem (VViS) ...41
7.7. SMHI:s väderstationer – open data ...42
7.8. Vägväderstationer (TrackIce) ...42
7.9. Reflektion ...43
8. Flöden, hastighet och spridningsmönster ...44
8.1. Pneumatisk slang ...44 8.2. Fiberoptiska kablar ...44 8.3. Induktiva slingor ...45 8.4. Kameramätsystem (OTUS3D) ...45 8.5. Infraröd strålning ...45 8.6. Radar ...45 8.7. Manuell mätning ...45
8.8. Video med bildtolkning ...45
8.9. Wi-Fi ...46
8.10. Reflektion ...46
9. Färdvägsmiljöer ...47
9.1. Optisk partikelräknare (TSI 8520) ...47
9.2. Sotmätare (MicroAeth model AE51) ...48
9.3. Bullermätningar ...48
9.4. Reflektion ...48
10. Avslutande reflektion ...50
11. Referenser ...51
11.1. Publikationer ...51
Sammanfattning
Tekniska resurser för forskning om cykling. En översikt av befintliga resurser i Sverige
av Jones Karlström (VTI)
I Sverige finns övergripande strategier, planer och mål för cyklingens utveckling på såväl nationell som lokal nivå i kommunerna. För att nå de utpekade målen så genomförs försök, projekt och planer på många platser i landet. En viktig del i dessa satsningar inom cykelområdet är att väl genomförda utvärderingar genomförs för att skapa förståelse för vad som ger önskad effekt, vad som inte gör det samt varför det ger önskad effekt eller inte. En förutsättning för att kunna bedriva cykelrelaterad forskning, är att det finns mått och mätmetoder speciellt utvecklade för det. Ett första område som vi i Cykelcentrum har valt att arbeta med, är därför att ta fram en sammanställning av vilka tekniska resurser som finns att tillgå för cykelforskning och utvärderingar av olika cykelsatsningar i Sverige. Syftet med rapporten är att redovisa vilka tekniska resurser som kan användas i cykelforskning och genom det visa på möjligheter till och begränsningar för att bedriva forskning, för ökad och säker cykling. Genom ökad kännedom om dessa resurser vill vi inspirera till projektidéer samt bidra till att kontakter knyts för framtida samarbeten inom svensk cykelforskning.
Med teknisk resurs avses i denna rapport: anläggningar, teknik samt instrument som kan användas för att mäta cyklars och cyklisters interaktion med den fysiska miljön, trafikmiljön, vägytans tillstånd ur ett cyklistperspektiv samt utrustning som kan användas för att bedöma miljö- och hälsoeffekter av cykling. De tekniska resurserna beskrivs i korthet med syfte att ge en övergripande bild av funktion och användningsområden. Vi gör genom rapporten inte anspråk på att sammanställt en komplett sammanställning av tekniska resurser för cykelforskning i Sverige. Den ska istället betraktas som ett första steg mot en mer fullständig förteckning och kommer därför att uppdateras löpande när
information om ytterligare tekniska resurser tillkommer.
Information om de tekniska resurserna har inhämtats genom litteraturstudier, intervjuer och studiebesök. Sammanställningen om tekniska resurser omfattar åtta tematiska områden:
• Cykling och hälsa
• Beteende och interaktion mellan trafikanter • Cyklisters säkerhet
• Cykeln och dess komponenter • Cykeltestbanor och anläggningar • Infrastruktur, drift och underhåll • Flöden, hastighet och spridningsmönster • Färdvägsmiljöer
De tekniska resurser som redogörs för i rapporten är inte kvalitetsgranskade eller utvärderade av författaren.
Summary
Technical resources for bicycling research. An overview of technical resources in Sweden.
By Jones Karlström (VTI)
In Sweden there are strategies, plans and goals for the development of bicycling on both a national and a local level at the municipalities. To reach the goals that have been set up, trials, projects and plans are carried out in many places within the country. An important part in these efforts are to evaluate to increase understanding about what gives the desired effect, what does not and why it does it give the desired effect, or not. One of the conditions for being able to conduct bicycling research is that there are measurements and methods specific for cycling. Therefore, one of the first areas that we chose to work with was an overview of what technical resources are available for bicycling research and evaluation of different efforts that have been made within the field of bicycling in Sweden. The purpose of the report is to account for what technical resources are available in Sweden for bicycling research and thereby show what opportunities there are, but also what the limitations are for conducting bicycling research in Sweden. Through increased awareness we aim to inspire to new research ideas and contribute to new contacts for future collaboration within Swedish bicycling research.
By a technical resource we mean: bicycling research facilities, technical devices and instruments that can be used to measure bicycles’ and bicyclists’ interaction with the physical environment, the traffic environment and the state of the road surface through a bicyclist’s perspective as well as equipment that measures the environmental and health effects of bicycling. The technical resources are briefly described with the purpose to give an overview of function and applications. The report is not a complete overview of all technical resources for bicycling research in Sweden. Instead, it should be considered a first step towards a more complete overview and hence be an ongoing process with updates as we get more information about additional technical resources within the country. Information about technical resources comes from literature studies, interviews and visits to the locations of the technical resources. The index of technical resources comprises eight thematic fields:
• Cycling and health
• Behavior and interaction between road users • Bicyclists’ safety
• The bicycle and its equipment • Bicycling research facilities • Infrastructure, maintenance
• Measure of bicycling flow, speed and spatial patterns • Route environment.
The technical resources that are described in this report have not been quality controlled or evaluated by the author.
1.
Inledning
1.1.
Bakgrund
I Sverige finns övergripande strategier, planer och mål för cyklingens utveckling på såväl nationell nivå som lokal nivå i kommunerna. Målen inbegriper bland annat framkomlighet, miljö, hälsa, ökad cykling och trafiksäkerhet. För att nå de utpekade målen så genomförs försök, projekt och planer på många platser i landet. En viktig del i dessa satsningar inom cykelområdet är att väl genomförda utvärderingar genomförs för att skapa förståelse för vad som ger önskad effekt, vad som inte gör det samt varför det ger önskad effekt eller inte.
Vid årsskiftet 2017/2018 fick Statens väg- och transportforskningsinstitut (VTI) i uppdrag att vara administrativ värd för Sveriges nya kunskapscentrum för forskning och utbildning om cykling. En förutsättning för att kunna bedriva cykelrelaterad forskning är att det finns mått och mätmetoder speciellt utvecklade för det. Mått och mätmetoder som är utvecklade för biltrafik är inte alltid relevanta eller lämpliga att använda sig av för cykelforskning. Ett första område som vi i Cykelcentrum har valt att arbeta med, är därför att ta fram en sammanställning av vilka tekniska resurser som finns att tillgå för att bedriva cykelforskning och utvärdera olika cykelsatsningar i Sverige.
1.2.
Syfte
Syftet med rapporten är att redovisa vilka tekniska resurser som finns tillgängliga i Sverige för
cykelforskning och genom det visa på möjligheter till att bedriva forskning för ökad och säker cykling. Genom ökad kännedom om tillgängliga resurser vill vi inspirera till projektidéer samt bidra till att kontakter knyts för framtida samarbeten inom svensk cykelforskning. Sammanställningen ger också underlag för att identifiera vilka resurser som saknas eller behöver vidareutvecklas.
1.3.
Avgränsning
Med teknisk resurs avses i denna rapport: anläggningar, teknik samt instrument som kan användas för att mäta cyklars och cyklisters interaktion med den fysiska miljön och andra trafikanter samt vägytans tillstånd ur ett cyklistperspektiv samt utrustning som kan användas för att bedöma miljö- och
hälsoeffekter av cykling. De tekniska resurserna beskrivs i korthet i rapporten med syfte att ge en övergripande bild av funktion och användningsområden. För unik utrustning beskrivs även var denna finns och vilka som ansvarar för den. För mer detaljerad information hänvisas läsaren till länkar och referenser.
Informationsinsamlingen är till stor del baserad på litteraturstudier av cykelforskning som har bedrivits i Sverige. Universitet, högskolor, forskningsinstitut och näringsliv har även kontaktats och viss
information har inhämtats vid studiebesök. Rapporten gör inte anspråk på att ge en fullständig förteckning över samtliga tekniska resurser som finns för cykelforskning i Sverige, utan ska istället betraktas som ett första steg mot en mer komplett sammanställning. Tanken är att rapporten ska uppdateras löpande när information om ytterligare tekniska resurser tillkommer. Av naturliga skäl innefattar rapporten till stor del utrustning på VTI då forskare på institutet direkt har kunnat dela med sig av vilka tekniska resurser som de har använt vid tidigare projekt. Ambitionen har dock varit att samla och beskriva utrustningar ifrån andra forskningsinstitut, universitet, högskolor och näringslivet. Läsare som i sammanställningen saknar en beskrivning av någon känd teknisk resurs uppmanas härmed att kontakta Cykelcentrum med information om denna, för komplettering i framtida uppdateringar. Rapporten är avgränsad till att inte innefatta analysmetoder av den data som kan insamlas med hjälp av de tekniska resurserna. Inte heller metoder som enkäter, fokusgrupper och intervjuer ingår i rapporten.
Ingen tidsmässig avgränsning har tillämpats i genomförd litteraturstudie. Däremot har viss information bedömts som utdaterad och därför utelämnats ur rapporten. Vad och varför något har utelämnats beskrivs dock i rapporten.
1.4.
Metod
För att underlätta informationssökningen, utförde vi initialt en kategorisering av de tekniska resurserna i tre kategorier: större anläggningar, tekniska resurser för fältstudier och tekniska resurser som kan monteras på cykeln eller bäras av cyklisten. De större anläggningarna som vi fann i studien var svåra att kategorisera eftersom deras användningsområde spänner över flera ämnesområden inom
cykelforskningen. Därför har dessa tilldelats ett eget kapitel i rapporten, ”cykeltestbanor”. Utifrån den kategoriseringen kunde vi genomföra sökningar tematiskt i litteratur eller genom kontakt med
exempelvis högskolor och universitet med specialiseringar inom olika ämnesområden, vilka listas nedan.
• Cykling och hälsa
• Beteende och interaktion mellan trafikanter • Cyklisters säkerhet
• Cykeln och dess utrustning • Cykeltestbanor och anläggningar • Infrastruktur, drift och underhåll • Flöden, hastighet och spridningsmönster • Färdvägsmiljöer
För att beskriva en teknisk resurs så har vi utgått ifrån följande frågeställningar för att skapa en övergripande bild av användningsområde, kvalitet och tillförlitlighet vid mätningar. Vissa av dessa frågeställningar har inte kunnat besvaras i den litteratur som finns och i vissa fall har tekniken vidareutvecklats efter att litteraturen skrevs.
• Hur fungerar tekniken? • Hur tillförlitlig är den?
• Har den använts i någon studie inom cykelforskningen? • Var finns tekniken? Är den unik eller ovanlig.
• Varför är den framtagen? Hur tillämpas den? Finns det fler tillämpningsområden? Hur skulle den kunna användas?
• Vem har tillgång till tekniken? Och vem får använda den? Är den kostsam att använda? De tekniska resurser som redogörs för i rapporten är inte kvalitetsgranskade eller utvärderade av författaren.
2.
Cykling och hälsa
2.1.
Gymnastik- och idrottshögskolan
På Gymnastik- och idrottshögskolan (GIH) i Stockholm finns det tre laboratorier som kan användas inom cykelforskning gällande hälsa och träning. De tre laboratorierna beskrivs övergripande nedan. Information om de tre laboratorierna är delvis baserat på studiebesök på GIH där professor Peter Schantz (2018-12-19) visade upp laboratorierna och berättade om forskningsverksamheten på högskolan.
2.1.1. Laboratoriet för biomekanik och motorisk kontroll
På laboratoriet för biomekanik och motorisk kontroll (BMC) finns utrustning för att studera mänskliga rörelser och deras neurala, muskulära och mekaniska effekter. BMC-laboratoriet består av
rörelseranalyslaboratoriet, styrkelaboratoriet och neurofysiologilaboratoriet.
I rörelseanalyslaboratoriet finns ett optielektroniskt rörelseanalyssystem som används för att registrera rörelse i en tredimensionell volym med hjälp av golvmonterade kraftplattor. I figur 1 ses kraftplattorna som den gråa golvytan samt några av de 16 kameror som finns monterade i laboratoriet för att
registrera mänsklig rörelse. På GIH:s hemsida finns mer information om tillgänglig utrustning i laboratoriet1.
Figur 1. Till vänster rörelseanalyslaboratorium med 16 kameror för registrering av mänsklig rörelse och kraftplattor som mäter golvets tredimensionella reaktionskrafter. Till höger styrkelaboratoriets huvudsakliga utrustning: en isokinetisk dynamometer. Laboratoriet används för studier som undersöker rörelseapparatens funktion. Foto: Jones Karlström.
Inom BMC-laboratoriet finns även det så kallade Styrkelaboratoriet. I figur 1 ses Styrkelaboratoriets huvudsakliga utrustning, en isokinetisk dynamometer, som används för mätning av kraftmoment och vinklar under kontrollerade rörelser. På GIH:s hemsida listas mer information om tillgänglig
utrustning i Styrkelaboratoriet1.
2.1.2. Laboratoriet för tillämpad idrottsvetenskap
Vid laboratoriet för tillämpad idrottsvetenskap (LTIV) vid GIH i Stockholm, finns utrustning i
världsklass för att studera energiomsättning vid fysisk aktivitet. I laboratoriet finns en stor sal som kan möbleras och anpassas med utrustning för olika typer av studier kring träning och hälsa som
genomförs vid GIH. Laboratoriet byggdes för att koppla samman teori med praktik i utbildningarna på högskolan samt för att tillgodose behov av tester och tillämpad idrottsvetenskap inom idrottsrörelsen. Med tillämpad idrottsvetenskap menas forskning som är användbar i den praktiska idrotten. En del av laboratoriet är utrustad med datorer där analyser kan genomföras av den data som insamlats vid genomförda tester. I figur 2 är den stora salen utrustad med testcyklar och i rummet ovan ses salen för analyser av data genom glasväggen2.
Några av de vanligare testerna som genomförs vid LTIV är VO2max (maximal
syreupptagningsförmåga), aerob kapacitet (laktattröskeltest), indirekta tester av aerob effekt (uppskattning av maximal syreupptagningsförmåga), anaerob effekt (maximalt arbete under 30 sekunder), explosiv förmåga och styrketester. Vid laboratoriet finns även utrustning för mätning av energiomsättning i fält.
Figur 2. Laboratoriet för tillämpad idrottsvetenskap vid Gymnastik och idrottshögskolan i Stockholm. Foto: Jones Karlström.
2.1.3. Åstrandlaboratoriet
Åstrandslaboratoriet består av ett arbetsfysiologisk och ett biokemiskt laboratorium. Vid det arbetsfysiologiska laboratoriet genomförs arbets- och konditionstester. I laboratoriet kan maximal syreupptagning mätas eller beräknas genom ett så kallat Åstrandstest. Testet innebär att
försökspersonen får cykla några minuter på en individbaserad submaximal belastning där pulsen registreras. Utifrån pulsvärdet kan den aeroba effekten uppskattas3. Vid laboratoriet finns även
utrustning för att mäta dagliga aktivitetsmönster med objektiva metoder istället för självskattning. Detta genomförs med hjälp av små mätare (accelerometrar och inclinometrar) som bärs vid höft, runt handled eller fastsatt på låret. Accelerometern registrerar rörelser och intensiteten i rörelsen,
inclinometern kan avgöra om personen står eller sitter4. Det arbetsfysiologiska laboratoriet ses till
vänster i figur 3.
Figur 3. Till vänster ses delar av det arbetsfysiologiska laboratoriet vid GIH i Stockholm. Till höger Biokemilaboratoriet vid GIH i Stockholm. Foto: Jones Karlström.
I det biokemiska laboratoriet (figur 3, till höger) kan flera typer av analyser genomföras, bland annat histokemiska analyser. Dessa ger information om fibersammansättning, fiberytor, kapilärtäthet och glykogeninnehåll. För att ytterligare kunna kvantifiera exempelvis glykogen, aminosyrakoncentration, enzymaktivitet och genuttryck kan analyser av enskilda muskelfibrer genomföras. Ytterligare analyser som kan genomföras vid laboratoriet är biokemiska analyser, proteinkemiska metoder,
molekylärbiologiska metoder och kromatografiska metoder5. Förenklat kan sägas att analyserna kan
beskriva hur träning och nutrition påverkar olika processer i musklerna såsom syreupptagningsförmåga och omsättningen av kolhydrater, fett och protein.
Sammantaget kan studierna vid Åstrandslaboratoriet bland annat användas för att beskriva betydelsen av fysisk aktivitet för olika utfall, såsom välmående, sjukdomsrisk eller prestationsförmåga. Vid varje laboratorium på Gymnastik- och idrottshögskolan finns en ansvarig laboratoriechef. Vid intresse för nyttjande av utrustning och kompetens i laboratorier så är GIH öppna för samarbeten inom
forskningsstudier. Vid intresse för forskningsstudier inom cykling så kan receptionen eller Peter Schantz kontaktas.
3 https://www.gih.se/FORSKNING/Laboratorier/Idrottslaboratoriet-LTIV/Tester-vid-LTIV/ 4 https://www.gih.se/FORSKNING/Laboratorier/Astrandlaboratoriet/Tester-och-metodik-vid-Astrandlaboratoriet/
2.2.
Högskolan Dalarnas idrottslaboratorium
Även vid Högskolan Dalarna finns ett idrottslaboratorium (LIVI) med teknisk utrustning för forskning inom träning och hälsa på såväl motions- som på elitnivå. Utrustningen vid laboratoriet nyttjas bland annat av det svenska cykelförbundet då den kan användas för att studera träningseffekter såväl muskulärt som kardiovaskulärt, samt för att analysera den mänskliga rörelseapparaten vid cykling. Även om utrustningen är utvecklad för att användas för forskning kring träning och idrott så finns potential för att också använda den för att studera beteende och för att utvärdera infrastruktur, drift och underhåll med mera. Information om idrottslaboratoriet och dess utrustning är inhämtad via intervju med Jens Westergren (2019-02-13).
2.2.1. Rullband HP COSMOS
Vid LIVI finns ett 3 meter brett och 4,5 meter långt rullband av modell HP COSMOS (figur 4). Rullbandet används oftast för att studera löp- och skidträning, men fungerar även för cykling.
Rullbandet kan regleras i hastighet mellan 2 och 40 kilometer i timmen samt i lutning från 3 % negativ lutning till 15 % positiv lutning. Det roterande bandet är tillverkat av rågummi som är 1 centimeter tjockt och mycket tåligt. Därför är det möjligt att använda bandet vid studier med olika typer av cyklar med olika varianter av däck, utan att utrustningen blir förstörd. Rullbandet kan programmeras med banprofiler för att simulera en existerande eller planerad väg eller cykelbana. Vid studier med cyklister så cyklar testpersonen fritt på bandet, men har en säkerhetssele kopplad till sig som fångar upp
cyklisten vid händelse av att denna tappar kontrollen över cykeln. Vid idrottslaboratoriet finns även kalibreringsutrustning för rullbandet. Rullbandet kan med fördel användas i kombination med annan tekniskutrustning som kan placeras på cyklisten eller på cykeln för datainsamling.
Figur 4. Rullband av modell HP COSMOS. Foto: Jens Westergren.
2.2.2. Cykelergometrar
En cykelergometer är i princip en motionscykel som mäter muskelarbete. Vid LIVI finns tre olika typer av cykelergometrar. En är av modell SRM (Figur 5, övre bilden till höger) som lämpar sig väl för att mäta hög effektutveckling under en kort tid. Cykelergometern mäter effekt i watt med en trådtöjningsgivare som är placerad i vevpartiet mellan vevarmarna och kedjehjulet. Mätosäkerheten på cykelergometern är 0,5 % och registrerar effekt mellan 0 och 2500 Watt. Cykelergometern har även en kadenssensor som registrerar 20–250 pedalvarv per minut. Cykelergometern går bland annat att programmera till ett givet effektläge, exempelvis 200 Watt, oavsett kadens eller utväxling.
Den andra typen av cykelergometer som finns vid Högskolan Dalarna är en Monark (Figur 5 övre bilden till vänster). Den ergometern är stabil över tid och lämpar sig därför väl för studier som pågår under flera år.
Figur 5. Övre till vänster cykelergometer Monark. Till höger cykelergometer SRM. Nedre till vänster Cyclus 2. Foto: Jens Westergren.
Den tredje typen av cykelergometer vid LIVI är en Cyclus 2 (Figur 5 nedre bilden). Den modellen skiljer sig ifrån de andra genom att cyklisten kan använda sig av sin egen cykel. På så vis utesluts risken att få testvärden som påverkats av exempelvis en annorlunda sittställning än på cyklistens ordinarie cykel. Cyclus 2 används genom att fram- och bakhjul monteras av från cykeln som sedan placeras på ergometern. Utrustningen fungerar bara att användas för racercyklar med fäljbroms. Utrustningen har använts vid Högskolan Dalarna för studier av muskelbiopcider hos elitcyklister. Till de olika cykelergometrarna så finns kalibreringsutrustning. Utrustningen fungerar även till att kalibrera effektmätaren som beskrivs i kapitel 2.2.5.
2.2.3. Elektromyografi
Elektromygrafi är en teknik som används för att studera vilka muskler som aktiveras och hur de samverkar genom att mäta muskelns aktivitet och den elektriska impuls som får muskeln att
kontrahera. Detta mäts genom sensorer som placeras på kroppen. Sensorerna består av accelerometrar, gyron och magnetometrar. På Högskolan Dalarna så finns två olika typer av tekniker för
elektromygrafi. Dels en trådlös teknik som kallas Delsys (figur 6). Tekniken har en räckvidd upp till 40 meter och lämpar sig därför till studier i laboratorier eller där det finns möjlighet att följa cyklisten
med en bil där mottagaren finns. Den andra tekniken kallas Biometrics (figur 6). Sensorerna till denna är sladdbundna, men kopplas till en dosa som försökspersonen kan bära med sig. Båda teknikerna lämpar sig till studier i kombination med rullband och ergometrar som beskrivits i kapitel 2.2.1 och 2.2.2
Figur 6 Teknik för elektromygrafi. Det vänstra och mittersta fotot visar Delsys. Det högra fotot visar Biometrics. Foto: Jens Westergren.
2.2.4.
Rörselanalys Ambulatory Parkinson’s Disease Monitoring (APDM)
Ambulatory Parkinson’s Disease Monitoring (APDM) är en teknik som är utvecklad för klinisk
gånganalys av kroppens rörelse, men tekniken är även tillämpbar för att analysera cyklisters rörelse (figur 7). Sju sensorer placeras på fördefinierade platser på kroppen med hjälp av kardborreband. Data från sensorerna kan sedan användas för att analysera en persons rörelser på cykeln. Tekniken skulle även kunna användas till beteendestudier där sensorerna placeras på cyklistens hjälm för att detektera huvudrörelser.
Figur 7. Ambulatory Parkinson’s Disease Monitoring (APDM). Foto: Jens Westergren.
2.2.5. Effekt- och hjärtfrekvensmätare
Vid LIVI finns hjärtfrekvensmätare och effektmätare som kan användas för att mäta en persons ansträngning vid cykling. Hjärtfrekvensmätarna registrerar puls och finns i flera olika varianter på idrottslaboratoriet. Tekniken är densamma som finns tillgänglig för konsumenter i butik. Fördelen med pulsmätning är att tekniken är förhållandevis billig och kan därför användas vid studier av större populationer. Nackdelen med hjärtfrekvensmätare är att pulsen kan påverkas av omständigheter som inte är beroende av ansträngningsnivån hos cyklisten som en effekt av cyklingen, exempelvis temperatur, stressnivåer, koffeinintag med mera. Det är även en viss fördröjning i respons på hjärtfrekvens vid ökad eller minskad ansträngning hos cyklisten.
Effektmätaren som finns på idrottslaboratoriet är av fabrikatet SRM (Figur 8) och mäter effekt i watt med en trådtöjningsgivare som är placerad i vevpartiet mellan vevarmarna och kedjehjulet. SRM-effektmätaren har en bättre precision än effektmätare som är tillgängliga för vanliga konsumenter och det finns även möjlighet att justera vevarmslängden samt att montera effektmätaren på olika cyklar för effektmätning utomhus. Till skillnad från hjärtfrekvensmätare så finns ingen fördröjning utan en förändring i effekt registreras omgående och med hög precision. Nackdelen med effektmätare är att de är dyrare i inköp än pulsmätare och därför är det kostsamt att använda dem i studier av större
populationer.
Figur 8. Effektmätare SRM med justerbar vevarmslängd. Foto: Jens Westergren.
2.2.6. Sadeltrycksmätning
Högskolan Dalarna har även tillgång till teknik som kan mäta cyklistens tryck på sadeln. Tekniken fungerar genom att en matta med sensorer späns fast över sadeln för att fastställa hur stort trycket är på olika delar av sadeln. Tekniken kan bland annat användas för att fastställa vad som är ett optimalt däcktryck utifrån komfortsynpunkt. Det finns även möjlighet att komplettera utrustningen med tryckmätning i skosulor och handtag.
.
Figur 9. Utrustning för sadeltrycksmätning. Foto: Jens Westergren.
2.2.7. Ytterligare teknik och mätutrustning vid LIVI
• Spirometri. Lungfunktionstest där hastigheten och volymen på den luft som blåses ut mäts.5
• EKG. Mäter hjärtats elektriska aktivitet, som styr hjärtats rytm6
• Testrigg för cykelanpassning (BIKEFIT) (figur 10).
Figur 10. Testrigg för cykelanpassning. Foto: Jens Westergren.
2.3.
Reflektion
Vid så väl GIH som vid Högskolan Dalarna finns goda möjligheter till forskning kring hälsoeffekter av cykling samt forskning kring prestation vid tävlingscykling. Vardagscykling är ett område där vi ser möjligheter till ökad användning av den utrustning som beskrivs i kapitel 2. Effektmätare och watt skulle kunna vara en av flera utrustningar och mått för utvärdering av hur väl infrastrukturen är utformad eller hur olika driftmetoder påverkar cyklingen under vinterhalvåret. Kunskap inom det området skulle även visa på hur lämplig infrastrukturen är för cyklister med olika fysisk förmåga. Ett effektmått skulle möjligen kunna påvisa om cykelinfrastrukturens utformning hämmar cyklingen för vissa grupper av potentiella cyklister.
Användning av utrustning för att studera rörelseapparaten i studier av cyklisters beteende i vardagen är ytterligare ett område där det kan finnas möjlighet till att komplettera befintlig utrustning som används i sådana studier idag. Exempelvis kan kanske huvudrörelser hos cyklister säga något om deras
beteende, utformning av infrastrukturen eller interaktion med andra trafikanter.
5
https://www.1177.se/skane/behandling--hjalpmedel/undersokningar-och-provtagning/provtagning-och-matningar/matningar/ekg/
6
3.
Beteende och interaktion mellan trafikanter
3.1.
Kameramast vid Lunds tekniska högskola
Vid Lunds tekniska högskola (LTH) finns kameramaster på släpvagn som kan användas för att studera cykeltrafik (Figur 11). Masterna går som högst upp till 15 meter och det går att montera upp till 3 kameror på masten samtidigt. Genom att använda kameramasten så kan videofilmer med bra kvalitet spelas in på upp till 60 meters avstånd. Om två master används samtidigt, kan en 120 meter lång sträckafilmas med bra kvalitet - då rekommenderas att videon från de olika kamerorna överlappar varandra. Vagnen med masten rymmer både batterier och kamera. Vagnen kan även bemannas av en person under tiden som filmning pågår. Vagnen och videomasten tar upp en yta motsvarande ungefär två parkeringsplatser under användning. Kameramasten har använts i beteendestudier av cyklister (Laureshyn, 2018).
Figur 11. Vagnar med kameramast. Foto: Aliaksei Laureshyn.
3.2.
Ögonrörelsedetektor vid VTI
På Statens väg- och transportforskningsinstitut, VTI, i Linköping finns så kallade Head mounted eye
tracker glasögon (Figur 12). I glasögonen finns kameror som registrerar ögonens rörelser bild för bild.
På glasögonen finns även kameror som filmar cyklistens synfält. I efterhand kan filmen och data av cyklistens ögonrörelse analyseras simultant för att förstå vad cyklisten har tittat på. För att få
tillförlitliga data behöver utrustningen justeras och kalibreras för varje enskild försöksperson (Kircher et al. 2014).
Figur 12. Glasögon med ögonrörelsedetektor för att studera cyklisters ögonrörelser i trafiken. Foto: Katja Kircher.
3.3.
Cykelsimulator vid VTI
Hos VTI i Göteborg finns en prototyp till en cykelsimulator (Figur 13). Simulatorn utgörs av en cykelkabin som, vid sidan av en lastbilskabin och en personbilskabin, använder en gemensam rörelseplattform, SimIV. Rörelseplattformen har 8 frihetsgrader och en inbyggd 180 graders skärm. Cykelkabinen består av en aluminiumrigg där delar av en cykel placerats. Till aluminiumplattformen och cykeln kopplas sedan elmotorer, elektronik och sensorer samt de datorsystem som hanterar SimIV-mjukvaran; det vill säga alla de komponenter som krävs för cykelsimulering (Bruzelius & Augusto 2018).
Pedalerna på cykeln används för att interagera med simulatorn och genererar det motstånd som förväntas av cyklisten när denne trampar och ändrar hastighet i simuleringen. Styret interagerar även med simulatorn och används för att manövrera och ge motstånd på motsvarande sätt som för
pedalerna. Vid studier där simulatorn används är cyklisten, av säkerhetsskäl, fastspänd i en sele som fångar upp försökspersonen om denne skulle falla av cykeln (Bruzelius & Augusto, 2018).
Figur 13. Rörelseplattformen till vänster och cykelkabinen med en cyklist på cykeln till höger. Foto: Fredrik Bruzelius.
Simulatorn kan tillhandahålla en repeterbar och reproducerbar miljö där forskare kan studera utvalda parametrar. Studier kan exempelvis genomföras kring hur cyklister upplever olika miljöer och hur de undviker kollisioner med bilister, andra cyklister eller gångtrafikanter. Den kan även användas för att
studera cyklisters interaktion med cykeln tack vare den flexibilitet som rörelseplattformen erbjuder. Även om simulatorn är i drift idag så finns behov och möjligheter för många utvidgningar och förbättringar av tekniken. Några av dessa rör hur cyklisten balanserar på cykeln och hur rörelseplattformen kan användas för att förbättra känslan av cyklingen så att den blir mer verklighetstrogen (Bruzelius, Augusto 2018).
3.4.
Cykelsimulator (RISE)
Även Research Institutes of Sweden, RISE, har en cykelsimulator, men det är en enklare variant där försökspersonen har på sig VR-glasögon och trampar på en cykel monterad på en ställning, en s.k.
trainer. I cykelsimulatorn så kan bland annat hastighet, huvudrotation och hastighet mätas (VTI 2014).
Enligt uppgift från Maria Klingegård (2019-09-04) på RISE så håller simulatorn på att uppdateras. Vi återkommer därför med mer information om simulatorn i nästkommande version av den här rapporten.
3.5.
Instrumenterade cyklar för naturalistiska studier av cykling samt
kamerateknik på cykeln
Vid Chalmers Tekniska Högskola i Göteborg så finns instrumenterade cyklar och el-cyklar som har använts i naturalistiska studier av cykling (figur 14). Informationen om de instrumenterade cyklarna är baserad på kontakt med Marco Dozza (2019-04-12 och 2019-07-11) samt litteratur som hänvisas till i texten.
Figur 14. Instrumenterad cykel. Foto: Marco Dozza.
De instrumenterade cyklarna kan utrustas med en framåtriktad kamera, två stycken inertial
measurment unit (IMU) vilka består av accelerometrar, gyroskop och magnetometrar som används för
att samla in data kring accelerationer i olika ledder samt vinkel på ramen och cykelns styre (Dozza och Fernandez, 2014). De instrumenterade cyklarna kan även utrustas med GPS och två
bromsningstrycksensorer (en sensor per hjul). Det finns även möjlighet att utrusta cyklarna med pedalhastighetssensorer som både kan samla in data kring kadens och pedalens hastighet. Utöver detta
kan el-cyklarna utrustas med en ”motorkraft”-sensor som mäter hur mycket ström som används av cykelns el-motor.
I studier som genomförts av Dozza (2012, 2015) med de instrumenterade cyklarna så samlades data in löpande från sensorer och kamerautrustning. Datainsamling startade automatiskt två minuter efter att cyklisten börjat cykla och avslutades två minuter efter att cyklisten stannat. På cyklarna fanns även en knapp som cyklisterna kunde tidsmarkera kritiska händelser med.
Vid Chalmers finns i dagsläget 3–5 instrumenterade cyklar och instrumenten som används på cyklarna kan variera beroende på vilka studier som genomförs. Marco Dozza ansvarar för de instrumenterade cyklarna och är även kontaktperson för samarbeten i projekt där cyklarna kan tänkas användas.
3.6.
Actionkameror
Utöver de studier som har genomförts med instrumenterade cyklar vid Chalmers så har cyklar utrustats med kamerateknik vid flera forskningsstudier i Sverige. Det är så kallade actionkameror, som
exempelvis kan fästas på cykeln, cyklisten eller i en bil. Kamerans prestanda beror på modell, men på senare modeller kan filmer spelas in med högupplöst bildkvalitet. Kamerorna kan bland annat
användas i forskning där cyklisters beteenden studeras. I en studie av Hemeren et. al. (2017) användes exempelvis en Gopro-kamera placerad på en bil för att filma en 4,6 km lång slinga i mörker i Skövde. Längs sträckan var cyklister utplacerade på stationär träningsutrustning och var utrustade med tre olika varianter av kläder: utan reflexer, vanlig reflexväst och biometriskt placerade reflexer. Filmen spelades sedan upp i en körsimulator där försökspersoner i projektet fick avgöra på vilken distans de kunde detektera cyklister.
Gopro-kameror har även använts i andra studier, bland annat av Kircher m.fl. (2014) i en studie av cyklisters kompensationsstrategier vid användandet av mobil IT. I studien fästes två kameror på cykelns styre. En riktad framåt och en riktad mot cyklisten (Figur 15). Syftet med kamerorna var att kunna studera hur cyklisten betedde sig i olika trafiksituationer. I studien användes inte filmerna från kamerorna i någon systematisk analys, utan fungerade som en back-up och referens.
Figur 15. Actionkameror monterade på cykelstyre för att studera cyklistbeteende. Foto: Katja Kircher
3.7.
Reflektion
Forskning och datainsamling om cyklisters beteende, interaktion med andra trafikanter, cykeln och infrastrukturen är områden där det krävs mer kunskap för att förstå hur framtidens städer ska kunna utvecklas för cyklister. I dagsläget insamlas kontinuerligt stora mängder data från den motordrivna trafiken vilket ger underlag till beslutsfattare på olika nivåer om hur staden ska kunna optimeras för framtidens motorfordon, fossilfria och autonoma i olika grad. För att balansera kunskapsunderlaget
och anpassningen av framtidens städer anser vi att forskning och datainsamling från cykeltrafiken krävs för att en smart stad ska kunna utvecklas på ett sätt som gynnar cykeltrafiken och den aktiva mobiliteten. Data och forskningsunderlag om cyklisternas beteende, interaktion med andra trafikanter, cykeln och infrastrukturen ger exempelvis möjligheter att utveckla cykeltrafikmodeller på såväl mikro- som makronivå där möjligheter finns att studera hur infrastruktur kan optimeras för att gynna
cykeltrafiken. Men till skillnad från den motordrivna trafiken så är idag få cyklar instrumenterade. Därför är det av stor vikt att det finns teknisk utrustning i Sverige som kan samla in data om
cykeltrafiken, likt de ovan beskrivna utrustningarna i kapitel 3. Ytterligare ett tänkbart mätinstrument som dock inte är beskrivet i kapitel 3, men till viss del i kapitel 7, är mobiltelefonen. De flesta smarta mobiltelefoner som används idag är utrustade med teknik som samlar in mängder med data om exempelvis position, hastighet, acceleration, retardation, rutter, distanser, flöden, position med mera. Data från mobiltelefonteknik skulle kunna användas och öppna upp en ny värld av möjligheter inom cykelforskningen och balansen av data som insamlas skulle kunna jämnas ut bland de olika
trafikslagen.
Internationellt finns regler kring omkörningsavstånd av cyklister. I Sverige saknas det. Vi har i den här studien inte fått kännedom om någon utrustning som finns tillgänglig i Sverige för att mäta avståndet mellan bilister och cyklister vid omkörning. Internationellt finns teknik för detta7. Avståndsmätare på
cykeln kan även kombineras med kamerautrustning för att avgöra hur trafiksituationen har påverkat avståndet vid omkörningen. Den typen av teknisk utrustning skulle kunna vara en del i
kunskapsuppbyggnaden om vad ett säkert avstånd är vid omkörning av cyklister.
Träning i simulerade miljöer har under senare år blivit allt mer populärt bland motionscyklister och så väl hårdvara som mjukvara som används för detta blir allt mer avancerad. Med hjälp av interaktiva trainers kan cyklister hemma interagera med en virtuell miljö med andra cyklister på en cykel där motstånd, lutning, vindmotstånd med mera anpassas efter den simulerade världen som visas upp på en skärm. Ett utvecklingsområde i svensk cykelforskning skulle kunna vara att samarbeta med företagen som utvecklar dessa produkter för att på ett kostnadseffektivt sätt kunna bygga virtuella testmiljöer som kan användas i forskningssyften. Det skulle kunna vara ett värdefullt komplement till de mer avancerade cykelsimulatorerna som dock också behöver vidareutvecklas.
4.
Cyklisters säkerhet
4.1.
Krocksäkerhetslaboratorium vid VTI
På VTI:s krocksäkerhetslaboratorium i Linköping, finns det möjlighet att genomföra simulerade omkullkörningar eller kollisioner med cykel. Omkullkörningarna simuleras genom att en cykel placeras i en specialkonstruerad rigg monterad på den släde som normalt används vid krocktester av bilbarnstolar (Figur 16). Släden löper längs en räls och drivs av ett vajersystem. Vajersystemet är kopplat till två elmotorer som kan accelerera slädens från 0 till 110 km/h på 47 meter. Slädens hastighet kan regleras med en noggrannhet av 0,1 km/h och under provning mäts hastigheten med hjälp av fotoceller (Niska & Wenäll 2017, s.19–21).
I krocksäkerhetslaboratoriet finns även olika typer av kameror som kan användas för att dokumentera förloppet för vidare analyser (figur 17). Dels finns det vanliga videokameror, dels tre stycken
höghastighetskameror för att kunna spela upp försöksförloppet i ”slow-motion” (figur 17).
Höghastighetskamerorna har kapacitet att filma upp till 10 000 bilder per sekund, men i vanliga fall bedöms en inställning med 500–1000 bilder per sekund fullt tillräckligt för att dokumentera förloppet vid en krock i laboratoriet. Utöver vanliga videokameror och höghastighetskamerorna finns även elva go-pro kameror.
Vid laboratoriet finns även utrustning som kan mäta hastigheten på cyklar med hjälp av laserteknik (figur 18). Utrustningen fungerar genom att tiden det tar för cykeln att passera sensorerna mäts och genom det bestäms hastigheten (se vidare beskrivning i avsnitt 5.2). Vid laboratoriet finns två uppsättningar av den här utrustningen.
Figur 16 Den specialkonstruerade rigg som kan användas i VTI:s krocksäkerhetslaboratorium vid genomförande av krocktester eller omkullkörningar med cykel. Foto: Jan Wenäll.
Figur 17 Till vänster uppställda kameror i krocksäkerhetslaboratoriet. Till höger höghastighetskamera för videodokumentation i slowmotion. Foto: Jan Wenäll.
Figur 18 Till vänster laserteknik för att mäta hastighet. Till höger krockdocka Hybrid II. Foto: Jones Karlström.
I studien av Niska och Wenäll (2017) placerades hinder i cykelns bana i form av ett fyrkantsrör för att simulera en undanstyrning av framhjulet. Niska och Wenäll (2017) placerade även en krok i fäljen på framhjulet som krokade fast i framgaffel för att simulera ett plötsligt stopp. Andra scenarier för omkullkörningar eller krockar är tänkbara att genomföra i krocksäkerhetslaboratoriet.
Samma utrustning och tillvägagångssätt som vid kraschtesterna med cykel har också använts för inledande studier om effekten av ABS-broms på cykel (Linder, Sörensen & Silvano). Vid de försöken instrumenterades en elcykel (figur 19) och testerna genomfördes utan krockdocka.
Figur 19 Instrumenterad cykel som användes vid inledande försök med ABS-broms på cykel. Foto: Jan Wenäll.
4.2.
Krockdockor
Vid VTI:s krocksäkerhetslaboratorium (kapitel 4.1) i Linköping finns krockdockor av modell Hybrid II 50 percentil som motsvarar en vuxen person som väger 75 kg (figur 17). Dockan kan förses med accelerometrar i huvud, höft och nacke för att kunna mäta krafter i olika riktningar vid islag. I Linköping hos VTI finns även den modernare Hybrid III-dockan, med samma möjlighet till
instrumentering. Den lämpar sig dock inte för provning på cykel då den är utformad för att sitta i ett fordon och har därmed ett vinklat bäcken. Utöver de två modellerna av krockdockor finns även krockdockor som ska motsvara barn i åldrarna 10, 6, 3 och 1 år samt nyfödda barn.
Vid AstaZero (kapitel 6.1) genomförs tester av så kallade autonumous emergency braking system (AEB) där bland annat två cykeldockor konstruerade av frigolit används. Vid tester av AEB-system i bil i interaktion med cyklister, placeras en docka på cykel i ett slädsystem med en rigg som drar cykeln framåt (figur 18). Det finns två olika typer av slädsystem som används vid AstaZero. En större rigg med 55 meter aktiv längd som har en teoretisk hastighet på 60 kilometer i timmen och en mindre rigg med 18 meter aktiv längd och en hastighet på 12 kilometer i timmen (figur 20) (Biswanger 2019-01-17).
Figur 20. Till vänster cykel och cykeldocka i frigolit samt till höger slädsystem som används vid AEB tester. Foto: Henrik Biswanger.
4.3.
Hjälmprovningslaboratorium
Hos MIPS AB i Täby finns ett hjälmprovningslaboratorium med ett antal hjälmprovningmaskiner. Dessa är utvecklade utifrån lång tids forskning kring skallskador på Kungliga Tekniska Högskolan, KTH, i Stockholm (Avdelningen för neuronik). De har använt finita elementmetoden för att förstå huvudskador och utifrån den kunskapen har tester av hjälmar i en rigg utvecklats. Finita
elementmetoden fungerar genom att en 3D-modell av ett huvud eller hel person byggs upp i en datormodell med specifika materialegenskaper för kroppens olika delar, exempelvis skelettet, muskler och senor. Modellen kan byggas mer eller mindre detaljerad beroende på om kroppen delas in små eller stora delar. Ju mindre delar med materialegenskaper som är specifika desto mer exakt blir modellen. Modellen kan sedan användas för att studera hur skallen och hjärnan påverkas av islag och rotation, exempelvis vid ett islag med huvudet vid en cykelolycka. Utifrån de modellstudier som genomförts på KTH i Stockholm så har MIPS AB i Täby utvecklat nya experimentella testmetoder för att studera sneda islag och rotationseffekter på huvudet. Traditionellt har enbart rakt islag av huvudet och hjälmen studerats, men det ger inte en komplett bild av ett olycksscenario (Halldin 2019-02-20). Testmetoden som används hos MIPS fungerar genom att ett huvud från en krockdocka (Hybrid III) placeras i en hjälm med spännet knäppt (figur 21). I testhuvudet finns ett gyro som används för att säkerställa att huvudet placerats rakt och på så vis få repeterbarhet i testet (Halldin 2019-02-20). Därefter hissas testutrustningen med huvudet upp till 2,5 meters höjd. Testhuvudet släpps sedan mot en sned islagsytan i metall (figur 21). Ytan är täckt med sandpapper för att efterlikna friktionen från en asfaltsbeläggning. Förloppet filmas med en höghastighetskamera och sensorerna i huvudet registrerar såväl islaget linjärt som rotationen.
Figur 21. Huvud från krockdocka (Hybrid III) placeras rakt på hjälmprovningsutrustningen (till vänster). Sned islagsyta som är täckt med sandpapper (till höger). Foto: Jones Karlström.
Operatören kan sedan analysera videoupptagningen och data från islag vid en arbetsstation invid testriggen (figur 22). Testmetoden ger data om rotationshastighet och det ger även ett så kallat brain
injury criteria (BrIC) värde. Testutrustningen har bland annat använts i Folksams (2017) test av
cykelhjälmar för vuxna. Testutrustningen har även använts av andra aktörer mot betalning för att täcka kostnader för slitage och konsulttid.
Figur 22. Hjälmprovningsmaskin med höghastighetskamera, hjälmprovningsutrustning, huvud från krockdocka samt arbetsstation för analys. Foto: Jones Karlström.
4.4.
Reflektion
Krocksäkerhetslaboratoriet hos VTI i Linköping erbjuder unika möjligheter för att simulera omkullkörningar och kollisioner med cykel. Men laboratoriet erbjuder även andra möjligheter med hjälp av den utrustningen som finns att tillgå i form av kamerautrustningar, lasertekniker samt krockdockor. Dock saknas krockdockor, så vitt vi känner till, som är specifikt utvecklade för
cykelkrockar. Detta beror sannolikt på att simulerade omkullkörningar och kollisioner med cykel är ett relativt outforskat område.
Även hjälmprovningslaboratoriet hos MIPS AB erbjuder en testmiljö för det skydd som är vanligast förekommande bland cyklister.
5.
Cykeln och dess komponenter
5.1.
Däckprovningsanläggning
Vid VTI:s huvudkontor i Linköping finns en däckprovningsanläggning som är speciellt utformad för att mäta däcks friktionsegenskaper på is. Anläggningen kallas för ”Långa banan” och består av en rörlig bana som är 55 meter lång och en mätrigg med en stillastående men vridbar hjulupphängning (figur 23 samt 24). På Långa banan kan test av broms- och styrkrafter genomföras under kontrollerade och repeterbara former. Hjulupphängningen möjliggör kraftmätningar mellan däck och vägbana i längsled, sidled och vertikalled (Hjort & Niska, 2015). Däckprovningsanläggningen är byggd för test av bil- och lastbilsdäck, men anpassades i ett forskningsprojekt av Hjort och Niska (2015) till tester av cykeldäck. Sedan det första forskningsprojektet har däckprovningsanläggningen använts ytterligare tre gånger för forskningsprojekt där cykeldäck testats (Hjort & Niska, 2018; Hjort, 2018; Niska,
Blomqvist och Hjort, 2018). För att använda Långa banan till tester av cykeldäck krävs en annan upphängningsanordning av hjul än för tester av bildäck (figur 24). Det krävs även annorlunda bromsmekanism för test av cykeldäck än av bildäck (Hjort & Niska, 2015).
Figur 23. En översiktlig skiss av VTI:s däckprovningsanläggning. Källa: Nordström (1994).
Däckprov genomförs med bromsfriktion respektive styrfriktion. Hjulen kan testas både vertikalt stående och med cambervinkel (lutning) (Hjort & Niska, 2015).
Figur 24 De två hjulupphängningar som använts vid Långa banan vid försök med Cykeldäck. Foto: Mattias Hjort
5.2.
Laserbaserad mätutrustning
På VTI i Linköping finns även laserbaserad mätutrustning som en del i krocksäkerhetslaboratoriet (kapitel 4.1). Mätutrustningen har använts vid mätning av bromstester av vinterdäck och
rullmotståndsmätningar. Vid försök med bromstester av vinterdäck, på torr och våt asfalt samt is, så har laserbaserade mätinstrument (figur 25) använts för att registrera ingångs- och utgångshastigheten. Genom insamling av data från mätningen med de laserbaserade instrumenten så kan genomsnittlig retardation beräknas vid inbromsningar (Hjort, 2018). Ett hjuls navfriktion kan även mätas på VTI i Linköping genom användning av laserbaserade mätinstrument. Hjort (2018) mätte navfriktionskraften genom att mäta retardationen på fritt roterande hjul utan hjullast (med uppochnedvänd cykel) med hjälp av laserbaserade mätinstrument.
Figur 25 Laserbaserade mätinstrument vid bromstester. Foto: Jan Wenäll.
5.3.
Standardiserade tester av cyklar och cykelkomponenter
Hos RISE SMP Svensk maskinprovning AB i Alnarp finns ett laboratorium med utrustning för att genomföra både standardiserade och anpassade tester av elcyklar (EPAC8), cyklar och
cykelkomponenter. Informationen om testutrustningen är baserad på ett möte med David Martin, Stefan Olsson och Mikael Oom samt från informationsmaterial där SMP:s utrustning för tester av cyklar och dess komponenter presenteras9.
Hos RISE SMP i Alnarp finns provriggar för att genomföra tester av bland annat fot- och handbroms enligt EN-standardtest. Tester genomförs i såväl torra som våta förhållanden. Det finns även
provriggar för att testa bland annat cykelramar, sadlar, framgafflar och styren enligt EN-standarder. Testerna genomförs bland annat genom olika utmattningstester av komponenten eller ramen. Utöver testerna av cykeln och dess komponenter genomförs även tester av cykelkorgar, pakethållare och barnstolar.
8 https://www.sis.se/produkter/fordonsteknik/elfordon/ss-en-151942017/
För att genomföra tester i laboratoriet så kan David Martin på SMP kontaktas om möjligheter till olika typer av tester samt kostnader för dessa.
5.4.
Reflektion
I denna studie har vi hittat information om utrustningar i Sverige för forskning om cykeldäcks friktion vid olika underlag samt utrustning för att mäta navfriktion och bromsverkan. Det är viktigt att det finns teknisk utrustning för att kunna mäta cykelns eller dess komponenters kvalitet. Dels för att kunna utvärdera vad som ger en önskad effekt och vad som inte ger det, dels för att kunna bidra med
forskning för att hitta nya lösningar på nya bättre cyklar och komponenter. Exempelvis inom specifika områden såsom vintercykling där hög friktion på däck är önskvärt likväl som litet slitage på
komponenter under förhållanden där cykeln utsätts för sand, salt och väta. Internationellt finns utrustning för att bedöma däcks rullmotstånd och ramens styvhet. Styvheten ger ett mått på
energiförlust när ramen sviktar under belastningen vid pedaltramp. Cyklar, komponenter och ramars aerodynamiska egenskaper testas även internationellt inom tävlingscyklingen i vindtunnlar. Vi har dock inte kännedom om någon utrustning nationellt eller internationellt som bedömer en cykels totala energieffektivitet. En mätutrustning som skulle kunna mäta flera parametrar och ge ett samlat värde skulle kunna ge en bild av vilka cyklar är mest energieffektiva.
Ytterligare ett område där vi saknar kännedom om utrustning är inom cyklars komfort. Komfort är dock svårt att ge ett objektivt mått på eftersom det finns olika preferenser inom vad som anses vara en bekväm cykel. Men begreppet komfort skulle kunna brytas ned till en mätbar parameter såsom vibration och därefter brytas ned i delar såsom högfrekventa vibrationer och lågfrekventa vibrationer. Inom området cykeln och dess utrustning finns sannolikt mer utrustning och rapporten kommer att kompletteras med denna i framtida uppdateringar. Exempelvis hållbarhetstester och utrustning för att mäta cykelbelysning samt reflektionsförmåga hos reflexer.
6.
Cykeltestbanor och anläggningar
6.1.
AstaZero
AstaZero är en storskalig testanläggning för olika typer av trafikslag och den är belägen utanför Borås. Asta är en förkortning för Active Safety Test Area och Zero är en referens till den svenska
nollvisionen. På anläggningen genomförs forskning, utveckling och certifiering kopplat till aktiva säkerhetssystem. Anläggningen är indelad i olika områden (figur 26) med möjlighet till tester i olika scenarier10.
Figur 26. En karta över testbanan AstaZero11
• Super multilane • City area • Rural road • Multilane road • High speed area • Proving ground center
På AstaZero finns även fyra teststräckor för cykel, 50 x 2,5 meter, med olika beläggningstyper som användes i ett forskningsprojekt med syftet att undersöka fallskador, friktion och synlighet för olika beläggningar (Wallqvist et. al. 2016).
För att använda testanläggningen så krävs att samtliga deltagare genomgår en introduktion och säkerhetsutbildning. Kontaktuppgifter för förfrågan om användningen av testanläggningen finns på AstaZero:s hemsida11
10http://www.astazero.com
11
6.2.
VTI:s cykeltestbana
Vid VTI i Linköping finns en cykeltestbana. Cykelbanan är en 240 meter lång asfalterad slinga som är 7,2–7,4 meter bred (figur 27). På cykeltestbanan finns möjlighet att bedriva forskning i en kontrollerad miljö. Några forskningsområden som skulle kunna studeras vid testbanan är cyklistbeteende, olika typer av vägutrustning, drift- och underhållsmetoder, olika former av konstruktioner samt
beläggningar.
Figur 27 . Till vänster kartskiss över VTI:s cykeltestbana i Linköping. Till höger pågående försök på
cykeltestbanan. Foto: Jones Karlström.
I en studie av Blomqvist (2018) genomfördes tester av olika typer av vägsalt på cykeltestbanan (figur 28)
Figur 28 Studier av vägsalt på cykeltestbanan. Foto: Göran Blomqvist.
Till VTI:s cykeltestbana finns ett tiotal vanliga cyklar och två elcyklar som kan användas vid studier. Där kan också den laserbaserade mätutrustningen som beskrivits i avsnitt 5.2 användas liksom ett flertal andra olika tekniska resurser som används i studier av cykelinfrastrukturen, vilka vi återkommer till i kapitel 7.
6.3.
Velodrom
I Falun finns Sveriges enda velodrom (figur 29). Informationen om den är baserad på en
telefonintervju med Johan Carell (2019-08-23) samt information från hemsida12. Det är en 190 m lång
rundbana som är 5 m bred. Banan har en 2,5 m bred säkerhetszon som är helt plan. Beläggningen har en yta av 18 mm tjock björkplywood. Velodromen är en inomhusanläggning och erbjuder därför likvärdiga förhållanden för tester utan påverkan av yttre omständigheter såsom vind, nederbörd eller temperatur. I en velodrom kan exempelvis aerodynamik (Garcia-López et. al. 2014) och tester av rullmotstånd (Grappe et. al. 1999) genomföras. Värt att notera är att en viss typ av cyklar används på banan, så kallade bancyklar. Men vid förfrågan kan det finnas möjlighet att använda andra cyklar. Velodromen i Falun är något kortare än en fullstor velodrom, raksträckorna är lika långa men
kortsidorna är lite kortare. Det innebär att lutningen i kurvorna är 50 grader istället för 45 grader som på en fullstor velodrom.
Velodromen nyttjas framför allt för träning och tävling under höst och vinter. Därför finns goda möjligheter att använda velodromen för forskningsändamål under vår och sommar. Kostnaden för att hyra velodromen med cyklar och instruktör i träningssyfte är i dagsläget 1 395 kr i timmen, men priset kan skilja sig från det för att bedriva forskning, då cyklar inte behöver ingå i hyra och personal från velodromen kanske inte behöver vara på plats. Kontaktuppgifter för bokning av velodromen finns på hemsidan14.
Figur 29. Velodromen i Falun. Foto: Jimmy Hansen.
6.4.
Reflektion
Utifrån arbetet med den här rapporten så har vi idag kännedom om två testbanor som kan användas för cykelforskning. Både AstaZero och Cykeltestbanan hos VTI erbjuder förhållandevis goda möjligheter att genomföra forskningsstudier. Men de är möjligen begränsade av att testbanorna inte specifikt är utformade för cykelforskning. AstaZero är främst utvecklad för tester av autonoma fordon och VTI:s cykeltestbana är en rest av en tidigare testbana för bil som används som vändyta för fordon vid krocktester av vägutrustning och nu rustats upp för att även kunna användas som cykeltestbana. Möjligen skulle en testbana specifikt utformad för cykelforskning erbjuda helt andra och nya möjligheter som tog forskningen inom cykelområdet till nya nivåer i Sverige. Detta är något som vi anser bör utredas för att klargöra om en ny cykeltestbana skulle kunna bidra till att utveckla befintliga
forskningsmiljöer och möjliggöra nya forskningsområden. En sådan testbana skulle även kunna nyttjas i andra syften. Exempelvis skulle väghållare och entreprenörer där kunna testa nya
infrastrukturlösningar i en kontrollerad miljö. En cykeltestbana skulle även kunna innefatta ett större område där det finns plats för barn och unga samt vuxna till att lära sig cykla, träna och tävla i en miljö fri från annan trafik.
Utöver de två testbanorna så finns en velodrom i Sverige som erbjuder möjligheter att testa och utveckla nya lösningar för att minska effektåtgången hos cyklister. För tävlingscyklister utnyttjas velodromer internationellt för att utveckla och testa material och positioner för minskat luft- och rullmotstånd. Den typen av forskning går med hjälp av velodromen att genomföra även i Sverige. Men utöver det så finns kanske även en möjlighet att överföra kunskaper från tävlingscyklingen till
7.
Infrastruktur, drift och underhåll
7.1.
Mobiltelefonapp för mätning av cykelvägars ojämnheter
VTI har utvecklat en mobiltelefonapp (VTI logger) som mäter cykelvägars ojämnheter. Appen fungerar genom att mobiltelefonen monteras på en cykel som sedan används för datainsamlingen. Vid VTI i Linköping finns en cykel med speciellt utformad monteringsanordning för mobiltelefonen (figur 30). Appen registrerar och samlar accelerationsdata i tre riktningar. Det finns även en funktion som kompenserar för cykelns acceleration och inbromsning. All accelerationsdata loggas och kopplas till positioner via GPS samtidigt som bilder av vägen fotograferas. För att bilderna ska bli så bra som möjligt bör mobiltelefonen monteras vågrätt och så att vajrar eller annat inte skymmer sikten. Rådata och bilder lagras i telefonen och kan analyseras genom ett beräkningsprogram kallat Readsensors. Programmet sammanställer rådata till datafiler med jämnhet, position och bilder (Niska & Sjögren 2014). Liknande appar finns även kommersiellt, t.ex. Roadroid13.
Figur 30. Monteringsanordning för mobiltelefon vid mätningar av cykelvägars ojämnheter med mobiltelefonapp. Foto: Jones Karlström.
7.2.
Cykelmätvagn
Vid VTI i Linköping har även en cykelmätvagn utvecklats för att mäta cykelvägars jämnhet. Jämnhetsmätningarna genomförs i detta fall med hjälp av en linjelaser som är monterad på en cykelvagn som dras efter en cykel (figur 31). Lasern samlar in data om cykelbanans jämnhet tredimensionellt med 5 x 2,5 mm noggrannhet (5 mm tvärgående och 2,5 mm längsgående). Lasern täcker in ett 50 cm brett område och behöver därför köras i omgångar i parallella spår för att täcka in hela bredden på bredare cykelvägar. Upplösningen för att läsa in cykelbanans jämnhet går att förändra beroende på hur noggrann mätning som bedöms nödvändig. Med 5 x 2,5 mm noggrannhet går det att genomföra mätningar i 20 km/h. Cykelbanans jämnhet mäts tredimensionellt både längs med och tvärs över cykelbanan. Cykelvagnen är även utrustad med en elektronikbox med ingångar till ytterligare sensorer som kan kopplas till vagnen. Ett examensarbete har genomförts där cykelmätvagnen användes (Olsson, 2019)
I ett pågående projekt utrustas cykelmätvagnen även med sensorer för att mäta gatubelysning och det finns möjlighet att komplettera med ytterligare sensorer för mätning av exempelvis buller och luftkvalitet.
Figur 31. Cykelmätvagn med monterad laser för jämnhetsmätning av cykelvägar. Foto: Jones Karlström.
7.3.
Portable friction tester (PFT)
För att kunna bedöma vilken friktion en yta erbjuder, krävs mätutrustning. På VTI:s huvudkontor i Linköping finns friktionsmätare som kan används för att mäta friktion på cykelbanor under olika förhållanden (figur 32). Friktionsmätaren kallas Portable friction tester (PFT) och utvecklades ursprungligen för att mäta friktionen på vägmarkeringar. En PFT är en vagn med tre hjul som skjuts framför den gående operatören. Det främre av de tre hjulen är något bromsat vilket påverkar dess benägenhet att glida mot underlaget. De krafter som uppstår kan registreras och beräknas till ett friktionsvärde (Niska et. al. 2018, s. 14). Vid halt väglag glider hjulet mycket och vid bra väglag glider hjulet mindre eller inte alls. Datalagringen i en PFT räcker i dagsläget för en cirka 115 meter lång mätsträcka. PFT:n registrerar ett mätvärde för friktion ungefär varannan centimeter. För att minimera brusets inverkan rekommenderas att ett glidande medelvärde används. I en rapport av Niska et. al. (2018) föreslås att ett glidande medelvärde över 0,3 meter ska användas vid friktionsmätning med PFT för att inte missa några hala partier som kan vara av betydelse för cyklistens säkerhet. Validiteten i mätningar med PFT finns även verifierade i en jämförelse mellan cykeldäcks friktion och mätningar med PFT (Niska et. al. 2018).
Figur 32. Portable friction tester. Foto: Jones Karlström.
7.4.
Temperaturmätare
I samband med forskning om sopsaltning och vintercykling så använde Niska och Blomqvist (2019) en elektronisk vägytetemperaturmätare - ETI Therma 1 – med ett termoelement som temperaturgivare (figur 33). Mätmetoden kräver kontakt med ytan och fungerar genom att vissa metaller ändrar elektrisk karaktär beroende på temperatur. Temperaturen bestäms genom att mäta spänningspotentialen mellan två ledare och jämföra mot en känd referens (Niska och Blomqvist, 2019). Denna typ av
temperaturmätare är betydligt mer exakt och tillförlitlig i jämförelse med de optiska temperaturmätare som vi har kännedom om som ofta finns monterade på fordon.
Figur 33. Väglagsobservationer i samband med fältmätningar i Stockholm och Linköping: mätning av snödjup (till vänster) respektive vägytans temperatur (till höger). Foto: Göran Blomqvist.
7.5.
Restsaltmätare
I flera kommuner genomförs satsningar för att öka cyklingen under vinterhalvåret. Förbättrad vinterdrift genom exempelvis sopsaltning är ett exempel, andra är kampanjer och projekt där
vintercykling uppmuntras. Därför är det viktigt att det finns tekniska resurser som kan användas för att bedöma vinterväghållningen av cykelvägar under vintern. Exempel på sådana instrument är
salthaltsmätare som används till att mäta saltförrådet på cykelbanor. På VTI har flera projekt om sopsaltning genomförts och vid forskningsinstitutets huvudkontor i Linköping finns salthaltmätare av modell SOBO 20. Instrumentet mäter salt som är löst i vätska genom att mäta den elektriska
ledningsförmågan. Om det finns olöst salt på cykelbanan så kommer mätvärdet att underskatta den verkliga saltmängden. Instrumentet är dessutom begränsat till att mäta saltmängder upp till ett maxvärde på 45 gram per kvadratmeter (Niska & Blomqvist 2016 s.28).
