Kitkan perusteet ja mittaus
Kitkan perusteet ja mittaus
Kitkan perusteet ja mittaus
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
<strong>Kitkan</strong> <strong>perusteet</strong> <strong>ja</strong> <strong>mittaus</strong><br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät 2.-3.6.2010<br />
Jyväskylässä<br />
Taisto Haavaso<strong>ja</strong><br />
Teconer Oy, Helsinki, Finland<br />
E-mail: name.surname@teconer.fi
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Sisältö<br />
• suolaisen tienpinnan jäätyminen<br />
– jäätymispisteen alenema, pehmeä <strong>ja</strong> kova jää<br />
• kitkan <strong>perusteet</strong><br />
– fysikaalinen merkitys, <strong>ja</strong>rrutusmatka<br />
• käytännön <strong>mittaus</strong>menetelmät<br />
– voiman mittaukseen perustuvat<br />
– epäsuorat menetelmät<br />
– kiihtyvyyden mittaukseen perustuvat<br />
2.-3.6.2010 2<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Jäätyminen<br />
• jäänestoainetta sisältävän liuoksen jäätyminen<br />
– jäätymispisteen alenema<br />
– Depression of Freezing Point (DFP)<br />
• kun T < DFP :<br />
1. vain osa liuoksesta muodostaa jääkiteitä<br />
2. syntynyt jääkiteiden <strong>ja</strong> liuoksen rakenne on pehmeämpi<br />
kuin puhtaasta vedestä syntyneen jään rakenne<br />
3. syntyneen seoksen vaikutus kitkaan on pienempi kuin<br />
puhtaalla jäällä<br />
2.-3.6.2010 3<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Jäätyminen: seurausvaikutuksia<br />
• puhdas jää:<br />
– 30 µm jääkerros voi pudottaa kitkaa merkittävästi<br />
– 1 mm kovaa jäätä, kitka voi olla < 0.20<br />
• jäänestoaineen <strong>ja</strong> veden seos:<br />
– 1 mm pehmeää jäätä, kitka todennäköisesti > 0.40<br />
2.-3.6.2010 4<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Liukkauden torjunta<br />
1. Ennakkosuolaus oikeaan aikaan!<br />
• vältetään kovaa jäätä<br />
2. Seurataan kitkan muutoksia!<br />
• suolaisen liuoksen uudelleenjäätyminen on<br />
hidas prosessi!<br />
3. Lisätään tarvittaessa suolaa!<br />
2.-3.6.2010 5<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
• määritelmän mukaan<br />
µ = F µ / F<br />
<strong>Kitkan</strong> <strong>perusteet</strong><br />
• koska <strong>ja</strong>rrutuksen aikana<br />
F µ = m a,<br />
missä a on hidastuvuus, saamme<br />
µ = a / g (g = 9.81 m/s²)<br />
F µ<br />
F = mg<br />
2.-3.6.2010 6<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Seuraukset<br />
• jos kaikki pyörät <strong>ja</strong>rruttavat aktiivisesti<br />
– hidastuvuus on sama kuin kitka<br />
– auton massa ei vaikuta tulokseen<br />
• kitka on liukkauden ainutlaatuinen mitta<br />
– kitka on absoluuttinen suure, vaikka ei yksikköä<br />
– kitka on kunnossapidon laadun mittari<br />
• tyypillinen kitkan vaihtelu:<br />
– kuiva tie 0.80 ± 0.10 (riippuu renkaista <strong>ja</strong> tien pinnasta)<br />
– kova jää 0.20 or less (kaikilla renkailla paksulla kovalla jäällä)<br />
2.-3.6.2010 7<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Jarrutusmatka (m)<br />
240<br />
220<br />
200<br />
180<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
Jarrutusmatka vs. alkunopeus<br />
µ = 0.15<br />
µ = 0.20<br />
µ = 0.30<br />
µ = 0.40<br />
µ = 0.50<br />
µ = 0.60<br />
µ = 0.80<br />
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100<br />
Alkunopeus (km/h)<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
2.-3.6.2010 8<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
<strong>Kitkan</strong><strong>mittaus</strong>menetelmät<br />
1. Voiman mittaukseen perustuvat<br />
2. Epäsuorat menetelmät<br />
3. Kiihtyvyyden mittaukseen perustuvat<br />
2.-3.6.2010<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä<br />
9
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
1. <strong>Kitkan</strong> <strong>mittaus</strong> voimaan perustuen<br />
• tyypillisesti kolmas pyörä<br />
• useita valmistajia<br />
• etu<strong>ja</strong><br />
– <strong>ja</strong>tkuva <strong>mittaus</strong><br />
– kalibroitavissa<br />
• haitto<strong>ja</strong><br />
– hinta<br />
– vaikea käyttää / asentaa<br />
– lämpötilariippuvuutta<br />
Friction measuring vehicles:<br />
1. Instrumented Tire Test Vehicle (Truck)<br />
2. Diagonal-Braked Vehicle<br />
3. Mu-meter trailer<br />
4. BV-11 skiddometer trailer<br />
5. GripTester trailer<br />
6. Surface friction tester<br />
7. Runway friction tester<br />
8. Tatra friction tester<br />
9. ASTM E-274 skid trailer<br />
10. Dynamic friction tester<br />
11. Norsemeter variable slip friction tester<br />
12. IMAG variable slip friction trailer<br />
13. James Brake Index decelerometer vehicle<br />
14. Portable helideck friction tester<br />
15. Portable drag-slip tester<br />
16. Penn State skid trailer<br />
17. BV-14 skiddometer trailer<br />
(Ref: 15th Nasa Tire/Runway Friction Workshop)<br />
2.-3.6.2010 10<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
2. Epäsuorat menetelmät<br />
• määritetään kitka mallin avulla<br />
– ympäristömuuttujien <strong>ja</strong> mitatun kitkan<br />
välisen korrelaation mallinnus<br />
• Vaisala Remote Road Surface State<br />
Sensor DSC111<br />
– Vaisalan etäkelianturi<br />
– mittaa veden, lumen <strong>ja</strong> jään<br />
kerrospaksuuden tulostaa kitkan<br />
2.-3.6.2010 11<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
DSC111 Friction<br />
0.90<br />
0.80<br />
0.70<br />
0.60<br />
0.50<br />
0.40<br />
0.30<br />
0.20<br />
0.10<br />
0.00<br />
DSC111:n kitka vs. hidastuvuus<br />
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90<br />
Measured Friction<br />
2.-3.6.2010 12<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
3. Kiihtyvyyteen perustuvat kitkamittarit<br />
• vanhemmat mittarit<br />
– mittaa voimaa massassa <strong>ja</strong>rrutuksen aikana tai<br />
– nopeuden muutos <strong>ja</strong>rrutuksen aikana Varo!<br />
• nykyisin<br />
– digitaaliset mikro-elektro-mekaaniset anturit<br />
– kolmiulotteinen <strong>mittaus</strong><br />
• viimeisin innovaatio<br />
– matkapuhelin <strong>ja</strong> sovellusohjelmisto<br />
2.-3.6.2010 13<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Matkapuhelinmittari µTEC<br />
• useimmissa älypuhelimissa on 3D<br />
kiihtyvyysanturi sovellus<br />
• etu<strong>ja</strong><br />
– kommunikointi, GPS, kamera, ääni<br />
– absoluuttinen kalibrointi g:n avulla<br />
– helppokyttöinen<br />
• käyttövalmis muutamassa sekunnissa!<br />
– hyvin lyhyt <strong>ja</strong>rrutus riittää!<br />
• voidaan käyttää ruuhkaliikenteessä<br />
– käyttöasento/-paikka vapaasti valittavissa<br />
– autosta riippumaton tulos<br />
– reaaliaikainen karttaliittymä datalle<br />
2.-3.6.2010 14<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Karttaliittymä <strong>mittaus</strong>tuloksiin:<br />
Mobile Friction<br />
Measurement System<br />
(MµMS)<br />
Katso tarkemmin:<br />
http://liukasta.info<br />
2.-3.6.2010 15
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Sovelluksen<br />
lataaminen:<br />
http://liukasta.info<br />
2.-3.6.2010<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä<br />
16
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
µTEC testaus<br />
• kolmen puhelimen keskinäinen testi<br />
• Räyskälän kitkamittareiden kalibrointipäivä 18.1.2010<br />
– Matti Hirvonen, Carement Oy<br />
• KAS ELY<br />
– Juhani Val<strong>ja</strong>kka <strong>ja</strong> Risto Hämäläinen<br />
• Road Consulting Oy<br />
– Juha-Matti Vainio<br />
• TM rengastestit<br />
2.-3.6.2010<br />
– <strong>ja</strong>rrutusmatka vs. kitka vertailu<br />
– Mikko Malmivuo, Innomikko Oy<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä<br />
17
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
2.-3.6.2010<br />
Kolmen puhelimen testi 14.01.2010<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä<br />
18
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Phone 2 and Phone 3 Friction<br />
Kolmen µTEC puhelimen vertailu<br />
0.9<br />
0.8<br />
0.7<br />
0.6<br />
0.5<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
0<br />
y = 1.0349x - 0.0172<br />
R² = 0.9958<br />
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9<br />
Phone 1 Friction<br />
2.-3.6.2010 19<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Deceleration sensor 2 or Eltrip friction<br />
Eltrip mittari vs. kiihtyvyys (DFR111)<br />
0.9<br />
0.8<br />
0.7<br />
0.6<br />
0.5<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
0<br />
Deceleration Sensors<br />
Eltrip<br />
Linear (Deceleration Sensors)<br />
Linear (Eltrip)<br />
y = 1.0011x + 0.0037<br />
R 2 = 0.9972<br />
y = 0.5665x + 0.0249<br />
R 2 = 0.9204<br />
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90<br />
Deceleration sensor 1 Friction<br />
2.-3.6.2010 20<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Eltrip<br />
2.-3.6.2010<br />
0.45<br />
0.4<br />
0.35<br />
0.3<br />
0.25<br />
0.2<br />
0.15<br />
0.1<br />
0.05<br />
0<br />
Risto Hämäläinen 1.-2.3.2010<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä<br />
y = 0.5137x<br />
R² = 0.5064<br />
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9<br />
µTEC<br />
21
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Eltrip<br />
0.4<br />
0.35<br />
0.3<br />
0.25<br />
0.2<br />
0.15<br />
0.1<br />
0.05<br />
0<br />
2.-3.6.2010<br />
Juhani Val<strong>ja</strong>kka 3.-5.3.2010<br />
y = 0.553x<br />
R² = 0.584<br />
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8<br />
µTEC<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä<br />
22
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Eltrip<br />
0.6<br />
0.5<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
0<br />
2.-3.6.2010<br />
Juha-Matti Vainio 18.3.2010<br />
y = 0.5417x<br />
R² = 0.8582<br />
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1<br />
µTEC<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä<br />
23
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
2.-3.6.2010<br />
Muuntokerroin Eltrip - µTEC<br />
Mittaa<strong>ja</strong> Mittaus Mittarit Muuntokerroin<br />
Kari Kuronen 2006 Eltrip vs. DFR111/2 (0.57)<br />
Matti Hirvonen 18.1.2010 Eltrip vs. µTEC 0.52<br />
Juhani Val<strong>ja</strong>kka 25.2.2010 Eltrip vs. µTEC 0.60<br />
Risto Hämäläinen 1.-2.3.2010 Eltrip vs. µTEC 0.51<br />
Risto Hämäläinen 2.-3.3.2010 Eltrip vs. µTEC 0.53<br />
Juhani Val<strong>ja</strong>kka 3.-5.3.2010 Eltrip vs. µTEC 0.55<br />
Juha-Matti Vainio 18.3.2010 Eltrip vs. µTEC 0.54<br />
Keskiarvo: 0.54<br />
Keskihajonta: 0.03<br />
K(Eltrip) = 0.54 * K(µTEC)<br />
K(µTEC) = 1.84 * K(Eltrip)<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä<br />
24
TECONER OY<br />
Technical Consulting & Research<br />
Yhteenveto<br />
• Liuosten jäätyminen<br />
– jäätymispisteen aleneman merkitys (DFP)<br />
– pehmeä <strong>ja</strong> kova jää<br />
• Kitkakerroin<br />
– absoluuttinen liukkauden mittari<br />
– käytetään kunnossapidon laadun mittarina<br />
• <strong>Kitkan</strong> mittaaminen<br />
– löytyy yksinkertaisia <strong>ja</strong> taloudellisia kitkamittareita<br />
liukkauden mittaamiseen teillä<br />
2.-3.6.2010 25<br />
Valtakunnalliset tiesääpäivät,<br />
Jyväskylä
Change language