maandag 25 juli 2011

Oscillerend banden test apparaat, pendel

Banden testen is een hachelijke bezigheid. Er zijn enorm veel variabelen in het spel die de betrouwbaarheid van het eindresultaat beïnvloeden. Het begint al met de ondergrond. Vloertegels, glad asfalt of ruwe straatstenen geven totaal verschillende resultaten met dezelfde band. De temperatuur is van groot belang. Zelfs enkele graden temperatuurverschil beïnvloeden de resultaten sterk. De vochtigheid van de ondergrond heeft een belangrijk effect op onder meer microslip.
De wind speelt buiten een heel grote rol. Buiten is testen met windsterkten sterker dan Bft 2 uit den boze. Dit zijn de omstandigheden.

Het apparaat waarmee getest wordt kan ook een belangrijke verstorende factor zijn. Het rijden met bijv. een velomobiel van een helling levert een variabele luchtweerstand op. Zelfs lagers kunnen een factor zijn.
De meetwagen van Velomobiel.nl voor gebruik binnen lost enkele problemen op, maar lagerweerstand en uitlijning kunnen het resultaat makkelijk verstoren. Een probleem is dat de locatie niet meer beschikbaar is en nieuwe vergelijkende proeven dus niet meer kunnen worden uitgevoerd.

Zijn er alternatieven? Alle bandenfabrikanten gebruiken een rollenbank testmachine. Een dergelijke rollenband is alleen redelijk betrouwbaar als de rol heel groot is. Bij kleinere rollenbanken ontstaat er een niet-representatieve indrukking van de band. Rollenbanken zijn dure machines die een privé persoon voor zijn hobby niet kan verantwoorden.

In het boek 'The world's most fuel efficient vehicle' staat een banden test apparaat dat aan veel bezwaren van de tot nu toe gebruikte methode een eind maakt. Het is een apparaat dat bestaat uit twee wielen die door een as aan elkaar zijn verbonden. Het geheel is star, dus de wielen zitten muurvast aan elkaar. Excentrisch wordt een gewicht tussen de beide wielen bevestigd.
Er zit een stang met een knop op waarmee het geheel naar één kant kan worden getrokken. Dan wordt de stang losgelaten en gaat het geheel heen en weer bewegen. Gelijktijdig wordt de stopwatch ingedrukt en als het geheel weer stilstaat wordt de tijd gestopt. Hoe langer het apparaat oscilleert hoe lager de rolweerstand. Testen kunnen makkelijk zowel binnen als buiten plaats vinden. Veel meer ruimte dan 30 x 30 cm is niet nodig.

Het apparaat blijkt in de praktijk bij de testen voor de in het boek beschreven testwagen Paccar II prima te werken. De Paccar II bleek te kunnen beschikken over Michelin 406 tubeless radiaal banden met een rolweerstand van 0,00081. De snelste voorband die we nu kennen, de GoCycle heeft een rolweerstand van 0,00284. Zelfs de lichtst lopende band die we nu gebruiken, de GoCycle, loopt dus nog altijd 3x zo zwaar als de Michelin band.
Er is dus nog heel veel winst te boeken.

Vanmiddag ben ik bij Velomobiel.nl voor het afleveren van enkele toer- en racekappen. Op mijn vraag of Allert bereid is zo'n apparaat voor me te maken, is ie dat direct. Wel brainstormen we over een oplossing waar de wielen snel kunnen worden verwisseld. We besluiten een dikke centrale pijp te gebruiken waarin assen worden gezet waar de wielen zonder lagers goed op passen. Met een simpele moer worden de wielen vastgezet. Hiermee kunnen zowel 20 als 26 inch wielen worden gemonteerd.
Voor 20 inch zullen zowel 19 mm als 25 mm velgen worden ingespaakt.
De gewichten zullen bestaan uit halter gewichten tot een totaal gewicht van tussen 75 en 80 kg. Uitgangspunt is een velomobiel van 30 kg en bestuurder van 80 kg. Totaal 110 kg gedeeld door drie maal twee maakt dat de testwielen dezelfde belasting krijgen als een velomobiel met bestuurder.

We zullen ter vergelijking binnenkort een aantal banden, waaronder de Tryker, testen door middel van rolproeven. Hiermee kan ik de referentie met het oscillerende apparaat realiseren.

9 opmerkingen:

kegge13 zei

Hoi Wim,

Interessante ontwikkeling. Het is echter niet triviaal hoe je die uitslingertijd omrekent naar een rolweerstand. Het vereist een goed wiskundig model waarin alle parameters netjes zitten. En dat zijn er nogal wat. Totale massa, radius van zwaartepunt, straal van ingedrukte band en de rolweerstand in de vorm van demping tijdens het 'rijden'.
Dat zou ook duidelijk maken of er een lineaire relatie is tussen uitslingertijd en rolweerstand.

Wim Schermer zei

Hi Theo,
Het maken van dat wiskundige model is voor mij te hoog gegrepen. Ik moet het allemaal proefondervindelijk doen.
Belangrijk zijn de onderlinge verschillen op een gegeven dag, temperatuur, ondergrond enz.
Absolute CR waarden zijn vrijwel niet uit te rekenen omdat het aantal parameters vrijwel oneindig is.
Met de pendel zijn op een klein oppervlak snel veel metingen te doen. Zelfs een enkele stoeptegel in de garage is al voldoende om op die tegel te meten.
Groeten,
Wim

Allium zei

I am soooo looking forward for your results. I must say, I am both surprised and impressed by your commitment and ideas. Maybe I should build something myself... would ugly as hell though.
Keep it up!

Klaas Verzijl zei

Dag Kegge13, Wim,

Het is toch helemaal niet nodig om een "juiste" rolweerstands coefficient te kunnen berekenen uit de behaalde slingertijd?

Een vergelijkende meting is toch goed genoeg? Je kan met deze eenvoudig uit te voeren meting prima bepalen of een bepaalde band sneller is dan een ander.

Wel lijkt het me beter om de meting ietsje aan te passen.
Het lijkt me discutabel om de tijd te meten tot volledige stilstand. Want wat is volledig stil...
Beter beginnen met een beginhoek van de "stang" en dan de tijd nemen tot een bepaalde minimale hoek.

Hoe zou je die hoek kunnen meten?
Sensor inbouwen in de testwagen.
Wat voor Sensor? Weet ik nu even niet.

Wim Schermer zei

Het is mijn bedoeling uit te vlooien welke band het lichtste loopt op verschillende wegdekken. Met de pendel gaat dat snel en reproduceerbaar.
Ik stel me voor een dat door de wijze van montage van het gewichtpakket er een maximale vaste schuine stand kan worden gerealiseerd. Het gewichtpakket loopt dan tegen het wegdek aan. Bij loslaten van de poot wordt de stopwatch gestart. Als de pendel volledig stilstaat wordt de stopwatch gestopt. Dit is een maat voor de rolweerstand, die n.m.m. wel tot een Cr waarde kan worden omgerekend. De waarden die wij eergisteren hebben gemeten kunnen als referentie dienen.
Beweging en stilstand is uitstekend te zien. Het is zelfs met een USB camera tot op fracties van een seconde vast te leggen.
Groeten,
Wim

Anoniem zei

As an answer to "Want wat is volledig stil...":

Take a Laserpointer and observe the point at the ceiling of the garage.

OK, not suitable for open-air measurements, but it should do the job at the inside.

It should even be possible to fix a scale at the ceiling, then you could note the time at which the point moves 1m, 80cm, 50 cm or whatever. At a constant damping force, the oscillation will decay according to the "damped harmonic oscillator law". A few points should be sufficient for a curve fitting.

Wim Schermer zei

The method with a laserpointer is certainly OK. I don't have such a pointer and many measurements will be done outside on different pavements. I think I fit a small camera to the vertical stick. I start a movie and release the stick. After the machine is standing still again I can easy see, I guess within a second, how long the machine kept going.
Thanks for thinking with me.
Best regards,
Wim

eduardbotter zei

Erg interessant Wim! Ik vraag me alleen af waarom banden fabrikanten een dure rollenbank gebruiken als hiermee ook goed de rolweerstand kan worden bepaald. Zit er misschien een addertje onder het gras?

Bij de praktische realisatie zou je ook een hoekstandmeter kunnen gebruiken, waarmee je een nauwkeurig log kan maken van het zwaaien van de slinger. groet, Eduard

Wim Schermer zei

Hi Eduard,
Een rollenbank geeft meer mogelijkheden dan de pendel. Ze kunnen de band ook onder een hoek belasten om de vervorming te meten. Ook kunnen ze snel 'wegoppervlakken' en nat/droog wisselen.
De bedoeling is om de bedieningsstang die bovenop zit geheel tegen de grond te drukken. Dan is de pendelafstand voor iedere band hetzelfde. De tijd dat de pendel heen en weer gaat is een maat voor de rolweerstand.
Groeten,
Wim