vak-säiliöajoneuvoyhdistelmien (67 tonnia ......oulun yliopisto & kiitosimeon projektitutkija...

VAK-säiliöajoneuvoyhdistelmien (67 tonnia) ajoseurantatutkimus Suomen tiereiteillä

2016-2018

Oulun yliopisto & Kiitosimeon

Projektitutkija Ville Pirnes, Tohtorikoulutettava Miro-Tommi Tuutijärvi, Professori (emeritus) Mauri Haataja

25.10.2018 ADR-SEMINAARI & SÄILIÖPÄIVÄT SKAL Kuljetuskuutio

Oulun yliopisto

Sisältö1 Johdanto

-Tutkimuksen tavoite

-ADR-tutkimusajoneuvot - Mittausmenetelmät ja -järjestelmät

2 Kenttämittausten tulokset

- Kaksoiskaistanvaihtokokeet

- Normaaliliikenne

3 ADR-yhdistelmien ADAMS-mallinnukset ja simulaatiot

- ADAMs-mallinnukset

- Simuloidut ajokokeet

- Tulokset

4 Yhteenveto

Professori (emeritus) Mauri Haataja

25.10.2018 ADR-SEMINAARI & SÄILIÖPÄIVÄT , SKAL Kuljetuskuutio

Oulun yliopisto

Tutkitut ADR-yhdistelmät Tutkimuksen tavoite

‒ Tutkimushankkeen tavoitteena on selvittää

ajoseurantamittauksin todellisissa

tiereittiolosuhteissa ajokäyttäytyminen

liikenneturvallisuuden näkökulmasta useilla ADR-

ajoneuvoyhdistelmillä

‒ Ajoneuvomääräyksien kehitys

31.10.2018 Ville Pirnes, Miro-Tommi Tuutijärvi, Mauri Haataja - Auto-ja työkonetekniikka, Koneensuunnittelun tutkimusyksikkö, Oulun yliopisto3

15,3 m

19,8 m20,0 m

20,9 m

12,3 m10,9 m

24,8 m

15,4 m

9,3 m9,7 m

Uuskonstruktio 1: ADR-

Puoliperävaunuyhdistelmä

Uuskonstruktio 2: ADR-

Puoliperävaunuyhdistelmä

Oulun yliopisto

MittausjärjestelmätMittaussuureet


Suola/kloraatti yhdistelmässä

venymäliuskat myös tässä

Suola/kloraatti yhdistelmässä

ei näitä liuskoja

Ohjaamossa:

- ACL-tiedonkeruuyksikkö

- Fitlet MiniPC mittausten etäkäyttöä varten

- Liityntä ajoneuvon tietojärjestelmään (FMS)

- GPS

Ohjauskulman

mittaus

Pystykiertymäkulmanopeuden ja

sivuttaiskiihtyvyyden mittaus

Kallistuskulmanopeuden ja

sivuttaiskiihtyvyyden mittaus

ADR-yhdistelmien mittasujaksot

‒ Rikkihappoyhdistelmien mittaukset 10/2016 –

08/2017

‒ Suola/kloraattiyhdistelmien mittaukset 09/2017 –

05/2018

‒ Jatkuva etämittaus (ei täydellinen, mutta erittäin

kattava aineisto)

Venymäliuskoilla

pyöräkuormien arviointi

Oulun yliopisto

Kaksoiskaistanvaihto ISO-3888-1

Ajodynamiikkakokeet

Kenttäkokeet suljetulla ajoradalla


Oulun yliopisto

Kaksoiskaistanvaihto-kokeet

‒ ISO 3888-1 Kaksoiskaistanvaihto

‒ Rikkihapon kuljetukseen tarkoitetut

yhdistelmät

- Täysi kuorma ja vajaa kuorma (vettä => vajaa massa, HCT

46,1 t ja tpv-yhdistelmä 45,5 t)

‒ Suolan ja kloraatin kuljetukseen

tarkoitetut yhdistelmät

- Suolakuorma (HCT 62,3 t, tvp-yhd. 67,5 t)


-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 3 6 9 12 15 18

Pyst

ykie

rtym

äk

ulm

ano

peu

s [d

eg/s

]

Aika [s]

Vetoauto

Perävaunu

7,04,3

RA-arvo = 7,04,3

= 1,63

ISO 3888-1 kaksoiskaistanvaihto:

RA-arvon määritysperiaate:

Oulun yliopisto

KaksoiskaistanvaihtoISO-3888-1

Rikkihapon kuljetukseen tarkoitetut yhdistelmät




Oulun yliopisto

KaksoiskaistanvaihtoTäysi kuorma – Sivuttaiskiihtyvyydet

‒ HCT-puoliperävaunuyhdistelmä

käyttäytyy vakaammin


Oulun yliopisto31.10.2018 Ville Pirnes, Miro-Tommi Tuutijärvi, Mauri Haataja - Auto-ja työkonetekniikka, Koneensuunnittelun tutkimusyksikkö, Oulun yliopisto9

KaksoiskaistanvaihtoTäysi kuorma – RA-arvot ‒ Sivuttaiskiihtyvyyden RA-arvot

täysperävaunuyhdistelmässä

huomattavasti HCT-

puoliperävaunuyhdistelmää suuremmat

‒ Kuorman vajentamisella ei selvää

vaikutusta RA-arvoihin

Oulun yliopisto

KaksoiskaistanvaihtoTäysi kuorma vajaa kuorma pystykiertymäkulmanopeudet

‒ Vajaa kuorma heiluttaa varsinaista

perävaunua väistön jälkeen

‒ HCT-puoliperävaunuyhdistelmässä ei

vastaavaa havaittu


Vajaa kuorma:TäysperävaunuyhdistelmäTäysi kuorma:Täysperävaunuyhdistelmä

Oulun yliopisto

KaksoiskaistanvaihtoISO-3888-1

Suolan & kloraatin kuljetusyhdistelmät




Oulun yliopisto

KaksoiskaistanvaihtoSuolakuorma –Kulmanopeuksien RA-arvot

‒ HCT-yhdistelmällä pienempi

pystykiertymäkulmanopeuden

vahvistuminen


Oulun yliopisto

KaksoiskaistanvaihtoSuolakuorma – Vertailut


Oulun yliopisto

Mittaukset tieliikennereiteillä

Rikkihapon kuljetus




Oulun yliopisto

Tuloksia –rikkihappoyhdistelmät

‒ Vertailuyhdistelmässä liikkeiden

vahvistuminen HCT-yhdistelmää

voimakkaampaa


Sivuttaiskiihtyvyyden

vahvistuminen

Suurempi sivuttaiskiihtyvyyden

vahvistuminen kuin HCT:ssa

Perävaunun liike

pienempi kuin

vetoauton

Perävaunun liike

suurempi kuin

vetoauton

Oulun yliopisto


‒ Vertailuyhdistelmässä liikkeet

jakautuneet laajemmalle alueelle


Sivuttaiskiihtyvyydet jaettu 0,005 g suuruisiin (leveisiin) luokkiin ja

kulmanopeudet 0,1 °/s luokkiin

Pv:ssa

kiihtyvyydet

jakautuneet

laajemmalle

kuin autossa

Perävaunun

ja vetoauton

ero pieni

Oulun yliopisto


‒ Yli 70 km/h nopeudessa sivuttaiskiihtyvyydet

pääsääntöisesti pienemmäät HCT-

yhdistelmässä

‒ Kaikki nopeudet mukaan luettuna HCT-

yhdistelmässä sivuttaiskiihtyvyys taka-

akselistossa etuakselin vstaavia arvoja

pienemmät Yli 70 km/h päinvastoin

‒ 0,2 g ylityksiä erittäin harvoin


Kaikki ajonopeudet: Ajonopeus yli 70 km/h:

Sivuttaiskiihtyvyyden 0,1 g ylitys kpl ajettua kilometriä kohti

Mittaustaajuus 100 Hz => 100 kpl/km on n. 1 s/km

Oulun yliopisto


‒ Madalletaan sivuttaiskiihtyvyysrajaa

(kuvassa 0,03 g) => HCT-yhdistelmällä

vähemmän rajan ylityksiä

‒ Ero etuakselin ja perävaunun välillä

paljon pienempi HCT-yhdistelmässä

kuin vertailuyhdistelmässä

‒ HCT-yhdistelmän etuakselilla enemmän

0,03 g sivuttaiskiihtyvyyden ylityksiä

kuin vertailuyhdistelmässä


Oulun yliopisto

Mittaukset tieliikennereiteillä

Suolan & kloraatin kuljetus




Oulun yliopisto

Tuloksia –suola/kloraatti-yhdistelmät

‒ Vertailuyhdistelmän sivuttaiskiihtyvyydet

ja pystykiertymäkulmanopeudet

suuremmat


Oulun yliopisto


‒ Vertailuyhdistelmän sivuttaiskiihtyvyydet

ja pystykiertymäkulmanopeudet

jakautuneet laajemmalle kuin HCT-

yhdistelmän


Oulun yliopisto


‒ HCT-puoliperävaunuyhdistelmä

vaikuttaisi vakaammalta 0,2 g ylitysten

suhteen erityisesti nestekuormalla


Kloraattikuorma:

Kloraatti- & suolakuorma

0,2 g sivuttaiskiihtyvyyden ylitys

Suolakuorma:

Oulun yliopisto


‒ Vertailuyhdistelmässä enemmän ”pientä

jatkuvaa” sivuttaiskiihtyvyyttä kuin HCT-

yhdistelmässä

‒ Molemmissa yhdistelmissä perävaunussa

enemmän 0,03 g sivuttaiskiihtyvyyden

ylityskertoja kuin etuakselilla


Kloraattikuorma:

Kloraatti- & suolakuorma

0,03 g sivuttaiskiihtyvyyden ylityskerrat,

ajonopeus yli 70 km/h

Suolakuorma:

Oulun yliopisto

Yhteenveto mittaustuloksista

‒ Ääritilanteissa HCT-

puoliperävaunuyhdistelmä

vertailuyhdistelmää huomattavasti

vakaampi

‒ Normaaliajossa HCT-

puoliperävaunuyhdistelmä

vertailuyhdistelmää vakaampi

- Täysperävaunuyhdistelmässä enemmän ”pientä”

sivuttaisliikettä ajon aikana kuin puoliperävaunuyhdistelmässä


VAK säiliöajoneuvo-yhdistelmien ADAMS-mallinnus ja simulaatiot Kaistanvaihtokoe, ISO-14791



Oulun yliopisto

ADAMS-mallit ja simuloidut ajokokeet




Oulun yliopisto

ADAMS-mallinnuksen periaatteet ‒ Simulointiohjelmistona Adams/Car,

ajoneuvoyksiköiden rungot jäykkiä, massat keskitettyjä ja ajoneuvoyksiköiden välinen kytkentä kinemaattinen

‒ Mallit jousitettuja, jousitus mallinnettu Adams/Truck ilmajousielementeillä

‒ Ajoneuvomallien osajärjestelmät määritetty aiempien tutkimusten ohessa mittakuvien ja ajoneuvon mittausten perusteella

‒ Ajoneuvoyksiköiden (oma)massahitausmomentit arvioita

‒ Kuormien massahitausmomentit kuorman geometriasta ja tiheydestä

‒ Massat mittaustuloksista ja mittapiirroksista

‒ Mallien validointi kaksoiskaistanvaihto-kokeiden(ISO-3888-1) mittaustulosten perusteella


Oulun yliopisto

Rengasmallit ja liikkuvan nestemassanheiluriperiaate

‒ Rengasmallit määritetty märälle asfaltille

- Ohjaavilla ja perävaunun akseleilla 385/55R22.5

- Vetävillä akseleilla 315/70R225

‒ Nesteen loiskunnan mallinnuksessa

rajoitetun heilurin mekanismi

‒ Osa nestekuorman massasta ”kiinteää” ja

loiskuvan nesteen osuus heilurin

massana

‒ Massasuhteet ja heilurin varsien pituudet

Xue lian et al. tutkimuksesta, jossa ne on

määritetty vedelle fluent-simulaationa

‒ Heilurin massa sekä varsien pituus

määritetty säiliön poikkileikkaussuhteen

ja täyttöasteen funktiona


Oulun yliopisto

Simuloidut ajokokeet ‒ Muuttuvan siniaalto-ohjausherätteen ajokoe ISO 14791

- Ajonopeus 80 km/h- Ohjausherätteenä jatkuva siniaalto, jonka taajuutta kasvatetaan

0,1-1,0 Hz:iin 12 minuutin aikana- Mitattavat suureet:

- Ohjauskulma- Ensimmäisen ja viimeisen ajoneuvoyksikön

pystykiertymäkulmanopeudet- Ensimmäisen ja viimeisen akselin sivuttaiskiihtyvyydet

- Määritetään pystykiertymäkulmanopeuden sekä sivuttaiskiihtyvyyden RA-arvot ohjausherätteen taajuuden funktiona

‒ ISO 14791 Kaistanvaihtokoe

- Ajonopeus 80 km/h- Ohjausherätteen siniaalto, jonka taajuus 0,4 Hz (2,5 s) ja jonka

amplitudi vastaa 3 m sivuttaissiirtymää- Mitattavat suureet

- Ajoneuvoyksiköiden pystykiertymäkulmanopeudet- Ensimmäisen ja viimeisen akselin sivuttaiskiihtyvyys- Ensimmäisen ja viimeisen akselin kulku-ura- Viimeisen akselin renkaiden pystykuormitus- Ajoneuvoyksiköiden väliset nivelkulmat

- Määritettävät arvot:- Pystykiertymäkulmanopeuden ja sivuttaiskiihtyvyyden RA-

arvot (YAW RA, ACC RA)- Kulku-urien poikkeama (OFF) [m]- Dynaaminen kuormansiirtymäkerroin (LTR)- Kiertoheilahtelun vaimennuskerroin (YDC)


-100

-50

0

50

100

0 1 2 3 4

Ohja

uskulm

a [deg]

Aika [s]

Ohjauskulma

0

1000

2000

3000

4000

0 1 2 3 4

y [

mm

]

Aika

Etuakseli Taka-akseli

Oulun yliopisto

Simulointi-tapaukset

‒ Suola/kloraattiyhdistelmien simulointitapaukset

- Täydellä suolakuormalla

- Kaistanvaihtokoe ajonopeudella 80 km/h

- Muuttuvan siniaalto-ohjausherätteen ajokoe

- Virheellisellä suolakuormauksella


- Takapainoinen, 75 % perävaunun kuormasta takakorissa

- Normaali (vastaava kuin täydellä kuormalla)

- Etupainoinen, 75 % perävaunun kuormasta etukorissa

‒ Rikkihappoyhdistelmät täydellä ja kiinteällä rikkihappokuormalla


- Muuttuvan siniaalto-ohjausherätteen ajokoe

‒ Yhdistelmät perävaunun eri rikkihapon täyttöasteilla heilurikuormalla


- Käytettävät kuormaukset

- 50 % täyttöaste perävaunussa





Oulun yliopisto

Tulokset täydellä suolakuormalla

‒ Muuttuvan siniaalto-ohjausherätteen

ajokoe

- Puoliperävaunullisen HCT suola / kloraattiyhdistelmän RA-

arvot huomattavasti alhaisempia koko taajuusalueella

‒ Kaistanvaihtokoe

- Puoliperävaunullisen HCT suola/kloraattiyhdistelmän kaikki

tarkastellut arvot huomattavasti parempia kuin

täysperävaunullisella ajoneuvoyhdistelmällä

- Puoliperävaunullisen ajoneuvoyhdistelmän sivuttais- sekä

kallistumisstabiliteetti huomattavasti parempi kuin

perinteisellä täysperävaunullisella ajoneuvoyhdistelmällä


Muuttuvan siniaalto-ohjausherätteen ajokoe2,09

2,92

0,580,70

0,25

0,89

1,44

0,24

0,44 0,43

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

YAW RA ACC RA OFF LTR YDC

Suolakloraatti TPV Suolakloraatti HCT

Kaistanvaihtokoe

Oulun yliopisto

Tulokset virheellisellä suola-kuormauksella

‒ Takapainoinen kuormaus heikentää

huomattavasti täysperävaunuyhdistelmän

stabiliteettia

‒ Taka- tai etupainoisella kuormauksella ei

huomattavaa vaikutusta HCT-yhdistelmän

sivuttaisstabiliteettiin


2,1

4

3,9

9

1,1

5

1,0

0

0,0

3

2,0

9

2,9

2

0,5

8

0,7

0

0,2

5

2,0

0

2,7

9

0,5

6

0,9

6

0,2

5

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50


25/75 Normaali 75/25

Täysperävaunuyhdistelmä

Takapainoisella kuormauksella

huomattavasti suurempi RA-arvo

Takapainoisella

kuormauksella

kiertoheilahtelun

vaimennuskerroin ~0

0,9

2

1,4

9

0,3

0 0,3

9

0,3

9

0,8

9

1,4

4

0,2

4

0,4

4

0,4

3

0,8

9

1,6

3

0,2

2

0,8

1

0,4

4

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80


25/75 Normaali 75/25

HCT-puoliperävaunuyhdistelmä

Etupainoisella

kuormauksella HCT-

ajoneuvoyhdistelmä

kallistelee enemmän

Oulun yliopisto

Virheellinen suola-kuormaus

‒ Kiertoheilahtelun vaimennuksen puute

selkeästi havaittavissa täysperävaunu-

yhdistelmässä


-15

-10

-5

0

5

10

15

0 3 6 9 12 15

Pysty

kie

rtym

äkulm

anopeus

[deg/s

]

Aika [s]

Vetoauto Kääntöteli Täysperävaunu

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

0 3 6 9 12 15

Pysty

kie

rtym

äkulm

anopeus

[deg/s

]

Aika [s]

Täysperävaunuyhdistelmä HCT-puoliperävaunuyhdistelmä

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 3 6 9 12 15

Pysty

kie

rtym

äkulm

anopeus

[deg/s

]

Aika [s]

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 3 6 9 12 15

Pysty

kie

rtym

äkulm

anopeus

[deg/s

]

Aika [s]

Vetoauto Puoliperävaunu

Normaali kuormaus

Takapainoinen

kuormaus

Takapainoisen kuormauksen

pienempi kiertoheilahtelun vaimennus

ei juurikaan havaittavissa

Oulun yliopisto

Suola/kloraatti-yhdistelmien simulointi-tulosten yhteenveto

‒ Täydellä kuormalla puoliperävaunullisen

HCT ajoneuvoyhdistelmän sivuttais- sekä

kallistumisstabiliteetti on tulosten

perusteella huomattavasti parempi kuin

tavanomaisella

täysperävaunuyhdistelmällä

‒ Tavanomainen täysperävaunuyhdistelmä

on stabiliteetin kannalta kohtalaisen

herkkä virheelliselle kuormaukselle, kun

puoliperävaunullisen HCT

ajoneuvoyhdistelmän stabiliteettiin

tarkastelluilla virheellisillä kuormauksilla

ei juurikaan ollut vaikutusta




Oulun yliopisto

Tulokset täydellä rikkihappo-kuormalla

‒ Muuttuvan siniaalto-ohjausherätteen

ajokoe

- Puoliperävaunullisen HCT rikkihappoyhdistelmän RA-arvot

huomattavasti alhaisempia koko taajuusalueella

‒ Kaistanvaihtokoe

- Puoliperävaunullisen HCT rikkihappoyhdistelmän kaikki

tarkastellut arvot huomattavasti parempia kuin


- Täydellä kuormalla puoliperävaunullisen

ajoneuvoyhdistelmän sivuttais- sekä kallistumisstabiliteetti

huomattavasti parempi kuin perinteisellä



Muuttuvan siniaalto-ohjausherätteen ajokoe

Kaistanvaihtokoe

1,94

3,14

0,50

0,76

0,31

0,81

1,35

0,07

0,460,59

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50


Rikkihappo TPV Rikkihappo HCT

Oulun yliopisto

Tulokset eri täyttöasteilla

‒ HCT-yhdistelmä vakaampi


1,6

5

2,4

5

0,5

8

0,6

8

0,1

2

1,6

4

2,2

9

0,6

5

0,6

6

0,1

0

1,6

7

2,4

7

0,4

8 0,6

4

0,0

9

1,7

3

2,6

8

0,4

7 0,6

3

0,1

3

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00


50% täyttö 60% täyttö 70% täyttö 80% täyttö

Täysperävaunuyhdistelmä

0,8

0

1,1

0

0,0

7

0,3

8

0,1

1

0,8

0

1,1

0

0,0

7

0,3

7

0,0

9

0,8

0

1,1

4

0,0

6

0,3

8

0,0

7

0,8

0

1,2

0

0,0

6

0,4

0

0,0

5

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40


50% täyttö 60% täyttö 70% täyttö 80% täyttö

Suurempi täyttöaste nostaa RA-

arvoja johtuen perävaunun

suuremmasta

massahitausmomentista

Kiertoheilahtelun

vaimennuksen

suhteen kriittinen

täyttöaste on 60-

70% välillä

HCT-puoliperävaunuyhdistelmä

Kiertoheilahtelun

vaimennus

pienenee

suuremmilla

täyttöasteilla

Oulun yliopisto

Tulokset eri täyttöasteilla

‒ Täysperävaunuyhdistelmässä

kiertoheilahtelun vaimennus

osakuormalla huomattavasti pienempi


-15

-10

-5

0

5

10

15

0 3 6 9 12 15

Pysty

kie

rtym

äkulm

anopeus

[deg/s

]

Aika [s]

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 3 6 9 12 15

Pysty

kie

rtym

äkulm

anopeus

[deg/s

]

Aika [s]

Vetoauto Kääntöteli Täysperävaunu

Täysperävaunuyhdistelmä HCT-puoliperävaunuyhdistelmä

Kiinteä 100 %

kuorma

Perävaunun 60 %

täyttöaste

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 3 6 9 12 15

Pysty

kie

rtym

äkulm

anopeus [

deg/s

]

Aika [s]

Vetoauto Puoliperävaunu

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 3 6 9 12 15

Pysty

kie

rtym

äkulm

anopeus

[deg/s

]

Aika [s]

Vaikka kiertoheilahtelun

vaimennuskerroin on pieni

osakuormalla, kiertoheilahtelun

vaimennus on kuitenkin riittävä

Oulun yliopisto

Rikkihappo-yhdistelmien simulointi-tulosten yhteenveto

‒ Täydellä kuormalla puoliperävaunullisen HCT ajoneuvoyhdistelmän sivuttais- sekä kallistumisstabiliteetti on tulosten perusteella huomattavasti parempi kuin tavanomaisella täysperävaunuyhdistelmällä, kuten suola/kloraattiyhdistelmien tapauksessakin

‒ Tavanomainen täysperävaunuyhdistelmä voi olla altis alhaisen kiertoheilahtelun vaimennuksen aiheuttamalle epästabiliteetille osakuormilla

‒ HCT puoliperävaunuyhdistelmän tapauksessa kiertoheilahtelun vaimennuskertoimen käyttö ajoneuvoyhdistelmän stabiliteetin arvioimiseen tulosten perusteella mahdollisesti harhaanjohtavaa


Oulun yliopisto

Yhteenveto ‒ Mittausten perusteella HCT-

puoliperävaunuyhdistelmä on

tavanomaisessa liikenteessä auton ja

varsinaisen perävaunun yhdistelmää

vakaampi

‒ Ääritilanteissa huomattavasti vakaampi

‒ Simulointitulosten perusteella

puoliperävaunullisten HCT

ajoneuvoyhdistelmien sivuttais- ja

kallistumisstabiliteetti on huomattavasti

parempi kuin tavanomaisten

täysperävaunullisten

ajoneuvoyhdistelmien


Kiitos mielenkiinnostanne!Ville Pirnes, Miro-Tommi Tuutijärvi,

Mauri [email protected]

Tel. 0503502182



mailto:[email protected]

vak-säiliöajoneuvoyhdistelmien (67 tonnia ......oulun yliopisto & kiitosimeon projektitutkija...

Documents