Bicycle braking friction measurements on winter roads

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2015-08-24
Department
Major/Subject
Liikenne- ja tietekniikka
Mcode
R3004
Degree programme
Yhdyskunta- ja ympäristötekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
50 + 31
Series
Abstract
This master’s thesis study has been carried out during a student exchange in the Norwegian University of science and technology in the Research Centre for Winter maintenance. The master’s thesis consists of two parts: I) a process report and II) a manuscript for a scientific paper. In addition, appendix is marked as part III. Bicycling is considered an attractive way of traveling since it improves health, is flexible and often fastest mode of travelling in urban areas. Therefore it is becoming more and more common mode of transportation in Scandinavia. Also several municipalities want their citizens to use bicycles. However, winter conditions set a challenge for providing a good and functional bicycle lane network. Winter maintenance actions, such as snow removal, gritting and salting, are needed. In order to assess the quality of these actions, they should be measurable. The Norwegian Public Road Administration (NPRA) uses a standard for winter maintenance of bicycle lanes which include friction criterion for bicycle lanes. The standard defines that the friction value should be higher than 0,3. Friction measurement devices (FMDs) are used to control whether the conditions are within the specified standard. However, it is not known how well these values describe friction experienced by bicycles. The two objectives of this study are: 1) to measure actual braking friction of bicycles on winter conditions and 2) comparing the results to friction measurement devices (FMDs). Two methods were used to measure bicycle friction in this study: deceleration and braking distance. Two instrumented bicycles with studded winter tires were tested by all-out braking tests on winter road surfaces. As a comparison, friction of the test stretch was measured by three FMDs. The results showed that both methods are suitable for defining bicycle friction, however, the deceleration is found to be a more accurate method in field conditions given. The bicycles experienced same or higher friction than the FMDs. The variability of bicycle friction was also higher than the variability of each individual FMD. This is probably due to lack of slip control of the bicycles and thereby it is uncertain whether all the attainable friction was used during the braking tests.

Tämä diplomityö on kirjoitettu opiskelijavaihdossa Norjan teknis-luonnontieteellisessa yliopistossa talvikunnossapidon tutkimuskeskuksessa. Työ muodostuu kahdesta osasta: I) prosessiraportista ja II) tieteellisen artikkelin käsikirjoituksesta. Lisäksi liitteet ovat osassa III. Pyöräily koetaan houkuttelevana liikkumismuotona, koska se on terveyttä edistävä, mukautuva ja tiiviissä kaupunkiympäristössä usein nopein tapa matkustaa. Sen vuoksi se lisää suosiotaan myös Pohjoismaissa. Myös useat kunnat haluavat nykyään asukkaidensa liikuvan matkansa enenevissä määrin pyöraillen, koska pyöräily ei huononna ilmanlaatua tai aiheuta ruuhkia. Sääolot heikentävät kuitenkin pyöräilyn houkuttelevuutta talvella ja oikeanlaiset talvikunnossapidon toimenpideet, kuten lumen ja jään poisto, hiekoitus ja suolaus ovatkin avainasemassa hyvien pyöräilyolojen saavuttamiseksi. Jotta näiden toimenpiteiden laatua voitaisiin arvioida, täytyy niitä pystyä mittaamaan. Norjassa yhtenä hyvän talvikunnossapidon mittarina käytetään kitka-arvoa, jonka norjalaisten hoito-ohjeiden mukaan tulee olla suurempi kuin 0,3. Arvo mitataan standardin mukaisilla kitkamittareilla, jotka ovat tarkoitettu ajoratojen kitkan mittaamiseen ja ovat näin ollen soveltuvia kuvaamaan auton renkaan ja tien pinnan välistä kitkaa. Sitä ei kuitenkaan tiedetä, miten hyvin tällä tavoin mitattu kitka ja polkupyörän kokema kitka vastaavat toisiaan. Tämän työn tarkoituksena on 1) tutkia, miten polkupyörän jarrutuskitkaa voidaan mitata ja 2) verratta mitattuja tuloksia kitkamittareilla mitattuihin arvoihin. Polkupyörän jarrutuskitkaa mitattiin kahdella menetelmällä: mittaamalla jarrutusmatkaa ja alkunopeutta sekä mittaamalla polkupyörän hidastuvuutta pyörään kiinnitetyllä kiihtyvyysanturilla. Tulokset osoittavat, että molempia menetelmiä voidaan käyttää polkupyörän jarrutuskitkan mittaamiseen. Kiihtyvyysanturilla mitattu kitka on kuitenkin paljon tarkempi kenttämittauksissa kuin jarrutusmatkan mittaamisella saavutetut kitka-arvot. Epätarkkuus jarrutusmatkamenetelmää käytettäessä aiheutuu jarrutuksen alkamispisteen epätarkkuudesta, sekä nopeusmittareiden epätarkkuudesta. Polkupyörillä tehtyjen mittausten välillä havaittiin suurempi hajonta kuin kitkamittareilla tehtyjen mittausten välillä. Tämä johtunee polkupyörien luiston ja jarrutusvoiman hallinnan puutteesta, mikä edelleen johtaa siihen, ettei jarrutustilanteissa välttämättä saavutettu maksimikitkaa. Polkupyörien kitka-arvot olivat kuitenkin vähintään yhtä korkeita, kuin kitkamittareilla mitatut kitka-arvot.
Description
Supervisor
Pellinen, Terhi
Thesis advisor
Klein-Paste, Alex
Raitanen, Nina
Keywords
friction, bicycle, winter maintenance, braking friction
Other note
Citation