Evaluation and development of the over-run test of studded tyres

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2016-08-22
Department
Major/Subject
Koneensuunnittelu
Mcode
K3001
Degree programme
Konetekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
97+9
Series
Abstract
Studded tyres are widely used in Finland and some other countries during winter. Primary reasons for their use are better performance in harsh conditions (on slippery ice) and the ability to even out the performance in varying winter conditions. However, the use of studded tyres is much argued, and the road wear caused by them brings on issues. Costs due to reconstruction or rehabilitation of pavement are an economical issue, whereas dust as worn material may cause respiratory diseases, for instance, and it is felt inconvenient especially in tightly populated city areas. The noise impact of studded tyres is also considered as negative. For these reasons, the road wear effect of studded tyres is controlled and restricted. Traditionally, the properties of studs and tyres have been regulated, but currently the most common way to get an approval for a studded tyre is the over-run test. The test enables innovative technical solutions as it actually measures the road wear whereas the traditional approval practise was based on measuring dimensions. The over-run test in its current form, however, has been found to provide varying results depending on the tester and the testing conditions. The purpose of the thesis was to inspect numerical data about the over-run test trials, and detect factors causing systematic differences. The available test data was mainly provided by a working group formed by the testers – the task force – and no data was produced either in the framework of the thesis or by Finnish Transport Safety Agency (Trafi), the orderer of the thesis. The main method was statistical analysis, but also theoretical and qualitative reflection was used. As a result of the study, uniform handling of the over-run and reference stones was assessed to be one possible improvement to decrease the variation of the results as moisture in a test piece (stone) may cause a significant part of the mass loss detected in the test. In addition, the setting of the stone samples on a track was concluded to be a reason for unequal wear values of consecutive stone rows in one test. The test method description was also discovered to allow variation in vehicle load, tyre pressure and tyre size, for example, that together may affect the road wear. A suggestion was also made to continue the research of different stone geometry to reduce the effect of random variation. Based on the findings in the thesis, the task force agreed to study the presented factors and take the results of the thesis into account in their development project regarding the same issue. In addition, the suggestions for improvement were discussed with Trafi, and the intention is to consider them in the upcoming reform of the over-run test method description. No official changes will be made before the presumptions have been proved by comparison tests. The final evaluation of the proposed improvements will, therefore, be made after the upcoming test rounds.

Nastarenkaita käytetään laajalti Suomessa ja tietyillä muilla alueilla talven aikana. Tärkeimmät syyt nastarenkaiden käytölle ovat niiden hyvä pitokyky vaikeimmissa talviolosuhteissa (liukkaalla jäällä) ja niiden tasaiset ominaisuudet keliolosuhteiden vaihdellessa. Nastarenkaiden käyttö on kuitenkin herättänyt paljon keskustelua niiden aiheuttaman teiden kulumisen takia. Tiepäällysteen uusimistarve tuo mukanaan kustannuksia, kun taas tien kuluessa syntyvä pöly saattaa aiheuttaa hengitystieongelmia ja vähintään tuntua epämiellyttävältä erityisesti kaupunkiympäristössä. Myös nastarenkaiden aiheuttama melu koetaan paikoin haitalliseksi. Edellä mainituista syistä nastarenkaiden tienkuluttavuutta on pyritty hallitsemaan. Perinteisesti nastojen mittoja ja niiden asettelua renkaalle on rajoitettu, mutta nykyään suurimmalle osalle nastarenkaista haetaan tyyppihyväksyntä yliajokokeen kautta. Yliajokokeessa mitataan tienkuluttavuutta pelkkien nastan mittojen ja asettelun sijaan, ja se mahdollistaakin uuden ja innovatiivisen nastarengasteknologian kehittämisen. Yliajokokeen tuloksissa on kuitenkin havaittu testaajista ja testiolosuhteista riippuvia eroja. Diplomityön tarkoituksena oli tarkastella numeerista testaustietoa yliajokokeesta ja tunnistaa erityisesti tekijöitä, jotka aiheuttavat systemaattisia virheitä. Yliajokokeen kehittämistä varten perustettu työryhmä tarjosi pääosin kaiken tässä työssä käytetyn testausdatan, eikä dataa tuotettu työn puitteissa eikä työn tilaajan, Liikenteen turvallisuusviraston (Trafi), toimesta. Tärkein menetelmä diplomityössä oli tilastollinen analyysi, mutta ilmiöitä tarkasteltiin myös teoreettisesti. Diplomityön tuloksena arvioitiin, että yliajokoe- ja referenssikivien yhtenäinen käsittely vähentäisi testitulosten vaihtelua, sillä kosteus koekappaleissa (kiveä) voi muodostaa suuren osan massamuutoksesta, jota testissä mitataan. Lisäksi koekivien asettelu niille tarkoitettuun kehykseen pääteltiin aiheuttaneen peräkkäisten kivirivien systemaattiset erot kulumassa. Yliajokokeen menetelmäkuvauksen todettiin myös mahdollistavan vaihtelun testiajoneuvon kuormassa, rengaspaineessa ja rengaskoossa, mikä saattaa vaikuttaa testitulokseen. Ehdotuksena esitettiin myös, että erilaisia koekiven geometrioita tulisi tarkastella laajemmin jatkossa, jotta voitaisiin pienentää satunnaisvirheiden merkitystä. Diplomityön analyysin ja tulosten pohjalta yliajokokeen kehitystyöryhmä jatkaa tutkimusta esiin tuotujen muuttujien ja tekijöiden parissa. Tehdyt ehdotukset yliajokokeen kehittämiseksi otetaan huomioon myös Trafissa, kun yliajokoemenetelmä päivitetään. Muutoksia ja tarkennuksia ei kuitenkaan tule tehdä, ennen kuin niiden vaikutukset on tutkittu tulevien testauskierrosten aikana.
Description
Supervisor
Tammi, Kari
Thesis advisor
Loponen, Mika
Sainio, Panu
Keywords
over-run test, winter tyre, studded tyre, road wear, type-approval, tyre testing
Other note
Citation