Överstyrning på is och snö med olika vinterdäck

Mattias Hjort, Fredrik Bruzelius, Håkan Andersson, VTI

Bakgrund och syfte

• Olycksstatistik har visat att introduktionen av antisladdsystem varit väldigt positiv för trafiksäkerheten. Då ett antisladdsystem utnyttjar bromskrafter från däcken för att stabilisera fordonet är det intressant att titta närmare på hur väl det fungerar rent tekniskt med olika typer av däck.

• En tidigare studie av VTI visade att däckvalet kan ha stor betydelse för hur väl en undanmanöver kan utföras på hal is.

• En ny studie, finansierad av Skyltfonden, har genomförts för att se hur mycket överstyrning som går att åstadkomma på is/snö-underlag med olika typer av däck.

Hur fungerar ett antisladdsystem?

Överstyrning Understyrning

UppgiftAtt ta fram en metod för provning av ett fordons stabilitet vid överstyrning på halt underlag, samt att testa hur stor skillnad olika typer av däck gör för stabiliteten vid halt väglag. Metoden ska kunna användas för att jämföra olika fordon med varandra, eller ett fordon med olika typer av däck.

MetodikFälttest med styrrobot Ta fram en styrmanöver med robot för att se hur mycket överstyrning

det är möjligt att åstadkomma med en bakhjulsdriven bil med antisladdsystem aktiverat

Testa flera olika däck, nya och slitna, för att se hur stor skillnad det är

Vad är överstyrning?

Ett fordon som kör i en cirkel utför alltid en rotationsrörelse kring sin egen vertikalaxel:

För en given cirkel och hastighet finns en bestämd rotationshastighet.

Om bilen skulle rotera fortare så överstyr den.

Om den istället roterar saktare så understyr den.

.

v

ψ

a

va

Fordonets slipvinkel

v

β

v

β

Låg hastighet Hög hastighet

Är slipvinkeln ett bra mått?

Olika däck tål olika mycket slipvinkel innan de tappar kontrollen

Kan såklart detektera en rundsladd (spin-out) genom att mäta slipvinkeln, men för mindre kraftiga sladdar är det svårt att säga hur nära gränsen till att tappa kontrollen man hamnat.

0 5 10 15 200

0.05

0.1

0.15

0.2

Avdriftvinkel [grader]S

tyrf

riktio

n (

y)

DubbdäckFriktionsdäckTerräng/allseason-däck

Hur styra?

Bygger på standardmetoden ”Sine with dwell” för att detektera närvaron av antisladdsystem i en bil

Modifierar för att orsaka maximalt med överstyrning på hala underlag

SWD VTI

-200

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

0 1 2 3 4 5

tid (s)

Ra

ttv

ink

el (

gra

de

r)

Serie1

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2-10

0

10

20

30

40

50

60

70

Neutralstyrd bil

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2-10

0

10

20

30

40

50

60

70

Understyrd bil

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2-10

0

10

20

30

40

50

60

70

Överstyrd bil

Mått:

-1 0 1 2 3 4 5 6-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250d3_wESP_ice002.vbo

Styrvinkel

Rotation*sidoaccelerationSidoacceleration

Slipvinkel

yav Överstyrning när

Typiska mätdata

-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-50

0

50

100

150

200

Tid (s)

Rat

tvin

kel/S

lipvi

nkel

(gr

ader

)

Styrvinkel

Girrotationshast*hastighetSidoacceleration

Slipvinkel

-2 0 2 4 6 8 10 12-100

-50

0

50

100

150

200

Tid (s)

Rat

tvin

kel/S

lipvi

nkel

(gr

ader

)

Styrvinkel

Girrotationshast*hastighetSidoacceleration

Slipvinkel

Återfår kontrollen

Tappar kontrollen

Spin-out!

Ett tredje fall – power slide

-2 0 2 4 6 8 10-100

-50

0

50

100

150

200

250

Tid (s)

Rat

tvin

kel/S

lipvi

nkel

(gr

ader

)

Styrvinkel

Girrotationshast*hastighetSidoacceleration

Slipvinkel*10

Testerna!

Bakhjulsdriven testbil

Nr Namn Typ Klass Årtal Mönsterdjup Antal dubbar i snitt

D1 Gislaved Nordfrost 3

Dubbdäck 91Q 2001 5,8 mm 88 dubbar (47 aktiva)

D2 Gislaved Softfrost

Nordiskt vinterdäck

91Q 2007 5,5 mm -

D3 Good Year Eagle Ultragrip

Centraleuropeiskt vinterdäck

91H 2006 1,0 mm -

Nr Namn Typ Klass Årtal Mönsterdjup Antal dubbar i snitt

D4 Gislaved Nordfrost 5

Dubbdäck 91T 2008 8,8 mm 130 dubbar (130 aktiva)

D5 Nokian Hakapelitta R

Nordiskt vinterdäck

94H 2008 9,0 mm -

D6 Zetec Ice Plus S100

Centraleuropeiskt vinterdäck

91H 2009 7,5 mm -

Slitna däck

Nya däck

Tre underlag

Polerad is

Ruggad is

Snö

Genomförda tester

För att se hur effektiv vår manöver är på att framkalla överstyrning genomfördes en mindre serie tester med fordonets antisladdsystem avstängt. Endast tre repetitioner utfördes för varje testfall. För jämförelsens skull utfördes samma tester också med antisladdsystemet påslaget. Nytt dubb mot slitet europeiskt.

För att testa manöverns robusthet med avseende på de aktuella måtten så utfördes en serie mätningar med referensdäcket på de olika underlagen. Drygt 20 repetitioner utfördes på varje underlag.

En serie test med alla däcken på alla underlagen. Utfördes på natten vid låg temperatur. (ca -20° till -25°). Referensdäck är slitet europeiskt

En andra serie test med de tre nya däcken, samt referensdäcket utförda på alla underlagen vid betydligt högre temperaturer jämfört med första serien (ca -4°). På grund av snöfall fick serien avbrytas efter tre testade däck och delades därför i två olika delar. A: test av de två odubbade nya däcken samt referensdäcket. B: test av det nya dubbdäcket samt referensdäcket.

Resultat och slutsatser

• Det går att få kraftig överstyrning på halt homogent underlag även med en bil utrustad med antisladdsystem.

• För polerad is så presterar dubbdäck generellt bättre än odubbade däck. Även för däck med minimalt grepp lyckas antisladdsystemet i de flesta fall göra stor nytta och ofta häva en sladd.

• Dock, för polerad is så är det nya dubbdäcket utan antisladdsystemet aktiverat bättre än det olagligt blankslitna odubbade däcket med antisladdsystem påslaget.

• Vid kall, ruggad is med hög friktion så blir maximal överstyrning kraftigare med vår metod med nytt dubbdäck och antisladdsystem aktiverat än med det olagligt blankslitna odubbade däcket med antisladdsystem avstängt.

• Den framtagna metoden lämpar sig väl för att identifiera skillnader mellan däcken med avseende på maximalt överstyrning på homogent underlag. Hur man kan koppla resultaten till trafiksäkerhet är inte självklart. Allmänt så ger däck med bra grepp sämre resultat överlag.

Frågor som vi ville få svar på

1. Är det någon skillnad i hur mycket överstyrning som är möjlig att skapa mellan olika däck?

Ja. På riktigt hal is så ger nya däck, och speciellt dubbdäck, mindre överstyrning. På ruggad, kall is med bra grepp, och på snö så ger slitna däck (med generellt sämre grepp) mindre överstyrning.

2. Är det någon skillnad i hur lätt man får överstyrning mellan olika däck?

Ja. På hal is är det definitivt lättare att få överstyrning med de slitna däcken. Det är också troligt att vid samma sidoaccelerationer så är det lättare att få överstyrning med däck som har sämre grepp.

3. Går det att få överstyrning på homogent underlag endast med rattutslag (för en i grunden understyrd bil?, dessutom med antisladdsystem)?

Ja. Med det testade fordonet är det fullt möjligt (bakhjulsdriven personbil med motorbroms, 3 personer i bilen och packning i bagageutrymmet).

4. Är antisladdsystemets effektivitet sämre när det är halare underlag (rent tekniskt, inte map olyckor)?

Det tar längre tid att häva en sladd på polerad is jämfört med den ruggade isen och snön som ju har högre friktion.

5. Är överstyrning fortfarande ett tänkbart problem om en bil har antisladdsystem?

Det går att få överstyrning på homogena hala ytor trots antisladdsystem, ifall man gör en extrem rattrörelse.

I verkligheten kör vi på icke-homogena ytor (isfläckar, moddsträngar etc) och kan därför hamna i en överstyrningssituation utan att göra en extrem rattrörelse.

Dock så verkar det som att på is med god friktion (ruggad is vid väldigt låg temperatur) så kan även en bil utrustad med rejält slitna vinterdäck av centraleuropeisk typ effektivt häva överstyrningen med hjälp av ett antisladdsystem.

Tack för uppmärksamheten!

Tack till min medarbetareFredrik Bruzelius, Håkan Andersson och Sven-Åke Lindén på VTI.

Och tack till Skyltfonden som möjliggjorde denna studie.