Langere en Zwaardere Vrachtwagens

(1)

TNO-rapport

96.OR.VD.068.URH

TNO Wegtransportmiddelen

Schoemakerstraat 97 Postbus 6033 2600 JA Delft Telefoon 015 269 69 00 Fax 015 262 07 66

Hel kwal~le~lssysteem van TNO Wegtransponmlddelen voldoet aan ISO wol

Alle rechten voorbehouden Niets uit deze ultgave mag worden ven-nenlgvuld~gd enlof openbaar gemaakt door middel van druk, foto- kopie, mlcrofllm of op welke andere wilze dan ook, zonder voorafgaande toestemmmg van TNO

Indien d!t rapport In opdracht werd ultgebracht, wordt vM)r de rechten en vetpllchtlngen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden vooronder- zoeksopdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partyen gesloten overeenkomst Het ter Inzage geven van het TNO-rapport aan duect belang- hebbenden IS toegestaan

0 1996 TNO

Langere en Zwaardere Vrachtwagens

Datum

12 december 1996

Auteurs

R.B.J. Hoogvelt, I.J.M. Besselink, J. van Honk, R. Elink Schuurman, C.W. Klootwijk,

P.M.A. Slaats, P. Hooijdonk en

B. van Arem en A.J. Vieveen (TNO-INRO)

Opdrachtgever

Ministerie van Verkeer en Waterstaat Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat Adviesdienst Verkeer en Vervoer Ir. J.J.W. Huijbers

Postbus 103 1 3000 BA Rotterdam

Accoord

W .F. Pronker (sectiehoofd)

J.P. Pauwelusse

Aantal pagina’s

82

Projectnummer

7406 10648

Aantal bylagen 5

Onderzoekspenode

week 36 tot 48/1996

Aantal figuren

31

TNO Wegtranspcrtmlddelen doet onderzoek en verleent dlensten op hef terrem van wegvoertuIgen en componenten daarvan

De hooídaandachlsgebleden qn Vcertugdynamw

1

Botsvelkgheld. Verbrandmgsmotoren en Keunngen

Aantal tabellen

19

Nederlandse Orgamsalle voor toegepast- naluurwelenschappell]k onderzoek TNO

(2)

--

TNO-rapport

96 OR VD 066 IIRH 12 december 1996 2 van 02

Voorwoord

Dit rapport is In een zeer korte penode tot stand gebracht. De goede samenwer- kmg tussen TNO-INRO en de afdelingen Botsveiligheid en Voertuigdynamica van TNO-WT was hier voor een belangrijk deel debet aan. TNO heeft hiermee bewezen dat het integraal samenwerken en daarmee bundelen van de expertises van opzichzelf staande instituten/afdelingen in de praktijk zeer goed mogelijk is.

Hierbij wil ik iedereen die heeft bijgedragen aan het resultaat van dit onderzoek bedanken voor de gedreven inzet en samenwerking.

Boudewijn Hoogvelt

(3)

96 OR VD 069 1IRl-I 12 december 1996 3 van 82

Samenvatting

De opdrachtgever is geïnteresseerd in de effecten van langere en zwaardere vrachtwagens op de verkeersafwikkeling en de verkeersveiligheid. De aandacht gaat specifiek uit naar drie representanten voor dergelijke langere en zwaardere combinaties, elk met een totale lengte 25.25 meter, een breedte van 2.55 meter en een totale massa van 50 of 70 ton, te weten:

. een drie-assige vrachtwagen met een dne-assige aanhangwagen gekoppeld door een twee-assige koppelvoertuig, ook wel dolly genoemd;

l een drie-assige trekker met een drie-assige oplegger en een twee-assige middenas-aanhangwagen, ook wel ‘wipkar’ genoemd;

l een drie-assige trekker en twee drie-assige opleggers, ook wel ‘B-double’

genoemd.

De effecten zijn beoordeeld ten opzichte van een normale zes-assige trekker- oplegger combinatie van 16.5 m en een zes-assige vrachtwagen-aanhangwagen combinatie van 18.75 m, elk met een massa van 50 ton.

Het gebied van aandacht is door de opdrachtgever met een achttal vragen nader gespecificeerd.

Het doel van het onderzoek is de gestelde vragen te beantwoorden. Waar mogelijk zijn wiskundige modellen gehanteerd. Indien voor het beantwoorden van de vragen geen model aanwezig is, dan is een onderbouwde mening op basis van inzicht en ervaring gegeven.

In een bocht naar rechts is bij zwaar verkeer het zicht van de bestuurder beperkt.

Met behulp van het programma PLBAVA zijn de zichtvelden van de gestelde voertuigcombinaties in een 90” bocht naar rechts, met een bochtstraal van 12.5 meter bepaald en beoordeeld of de zichtveldeisen voor de langere voertuigen toereikend zijn. De toename van het aantal ongevallen met tweewielers en voetgangers is gekoppeld aan de bestreken baan en de zichtvelden van de combinaties.

De hinder door aërodynamische effecten van de langere voertuigen op de andere weggebruikers is met het programma BAMMS onderzocht door middel van simulaties met een voertuigmodel van een personenwagen-caravan combinatie, die ingehaald wordt door de gestelde vrachtwagen-combinaties.

De vragen betreffende de toename van inhaalmanoeuvres op 80 km/u wegen, de extra benodigde tijd hiervoor en de eventuele toename van de ongevalskans hebben ons inziens alleen te maken met de lengte en de acceleratiesnelheid. Dit zelfde geldt ook voor het oversteken van kruisingen. Daarom is voor de beantwoording van de vragen eerst onderzocht of deze vrachtwagens wel zoveel trager zijn, en of een eis aan het motorvermogen (pk/ton verhoudingen) moet worden gesteld. Voor de beantwoording van deze vragen zijn geen simulaties uitgevoerd.

De invloed op het afwikkelproces is onderzocht door TNO-INRO. Centraal in de aanpak staat het gebruik van het software pakket MIXIC voor het op een ade-

(4)

TNO-rapport

96 OR VD 068.1/RH 12 december 1996 4 van 62

quaat detailniveau simuleren en analyseren van verkeersstromen en de problemen die zich daarbij voor kunnen doen.

Door middel van een trendvoorspellend model is de vraag betreffende de ernst van de afloop van een ongeval in een file in vergelijkende zin beantwoord. De afdeling Botsveiligheid van TNO-WT heeft een specifieke expertise betreffende de impact bij botsingen en heeft voor dit model gebruik gemaakt van het simulatie programma MADYMO.

Zichtveldeisen Er kan worden geconcludeerd dat de zichtveldeisen voor de vrachtwagen met langere aanhangwagen (25.25 m) voldoende zijn indien er breedbeeld-spiegels worden toegepast. Bij de trekker-oplegger met middenas-aanhangwagen en de

‘B-double’ is het zicht op de tweede aanhanger tijdelijk voor een groot deel verdwenen. Er is dan een grotere kans op een ongeval bij het rechts afslaan van de combinatie. Doordat er geen gegevens bekend zijn over ongevallen met deze langere voertuigen is de kans op ongevallen niet kwantitatief uit te drukken.

Geadviseerd wordt om extra eisen aan de voertuigen te stellen zoals het toepassen van extra brede breedbeeld-spiegels of meedraaiende spiegels of camera’s in plaats van spiegels. Door gestuurde assen bij de aanhanger of trailer kan het naar binnen lopen van de geledingen worden beperkt.

Het extra risico bij het inhalen van langzame verkeersdeelnemers is gering, wel zal de chauffeur rekening moeten houden met de lengte van het voertuig.

Om het risico om onder de wielen terecht te komen te verminderen is zijafscherming nuttig.

Zijwindverstoring Uit de literatuur blijkt dat de lengte van de vrachtauto nauwelijks van invloed is op zijwindverstoring bij het inhalen van voertuigen als er geen natuurlijke dwarswind aanwezig is. Tot een snelheidsverschil van ongeveer 15 km/u is het onderscheid tussen de verschillende vrachtwagen combinaties gering, de vrachtwagen met aanhangwagen (25.25 m) resulteert in iets kleinere verstoringen op de cara-

van dan de overige combinaties.

Voor de trekker-oplegger middenas-aanhangwagen combinatie blijken voor alle onderzochte snelheidsverschillen (tot 30 krn/u) geen noemenswaardige verschillen te bestaan vergeleken met de normale trekker-oplegger combinatie.

Voor de overige twee varianten, de ‘B-double’ en de lange vrachtwagen aanhangwagen van 25.25 m treden er wel significante verschillen op bij snelheidsverschillen boven de 15 km/u.

Inhaalmanoeuvres Een toename van de lengte van een vrachtwagencombinatie leidt tot een langere inhaal- en oversteektijd. Deze langere tijden resulteren in benodigde hiaten voor tegemoetkomend en kruisend verkeer. De kans op een ongeval kan hierdoor toenemen. Dezelfde gevolgen hebben een toename van de massa bij gelijkblij- vend motorvermogen.

De hiaatacceptatie van de personenautobestuurder bij inhalen en van de vracht- wagenchauffeur bij het oversteken van kruisingen is niet bekeken.

(5)

96 OR VD.068 l/RH 12 december 1996 5 van 62

Door een afname van het acceleratievermogen en mogelijk te overwinnen hellin- gen zal tevens de gemiddelde snelheid van een vrachtwagen dalen. Hierdoor zijn er meer inhaalpogingen te verwachten. Er is geen informatie gevonden dan wel een model beschikbaar om de ongevalskansen te kwantificeren. Geadviseerd wordt om de toename van de massa van de vrachtwagen te compenseren door een aandrijflijn met meer trekkracht. In de praktijk wordt voor de 40 tot 50 ton klasse voor nationaal transport een pUton factor van 6 tot 8 gehanteerd. Voor de klasse van 50 tot 70 ton kan dit ook als maat aangehouden worden. Vrachtwagen fabrikanten geven aandrijflijnen vrij voor een bepaalde gewichtsklasse. Ook voor de klasse van 50 tot 70 ton zijn aandrijflijnen beschikbaar. Het is dus te verwachten dat vrachtwagenfabrikanten ook voor de klasse van 50 tot 70 ton een passend produkt kunnen aanbieden.

Wanneer er tevens als eis wordt gesteld dat het voertuig bij een bepaald hellings- percentage vanuit stilstand weg moet kunnen rijden (bijvoorbeeld 15%), dient de maximaal over te brengen aandrijfkracht beschouwd te worden. Het kan zijn dat één aangedreven as dan onvoldoende tractie biedt en er gekozen moet worden voor twee aangedreven assen.

Verkeersstromen In de simulaties van passagebestanden met en zonder road trains is gekeken naar het effect van road trains op:

l Het afwikkelingsproces;

l De ongevalskans;

l Rijstrookwisselingen.

Aangezien het gehanteerde model voor verkeersafwikkeling nog niet geschikt is om discontinuïteiten te simuleren konden invoegmanoeuvres van langere vrachtwagens met een groot snelheidsverschil ten opzichte van het overige verkeer beperkt gesimuleerd worden. De simulaties werden uitgevoerd bij relatief rustige verkeersstromen met intensiteit/capaciteit verhouding van 0.5 en 0.75 en met een relatief laag aandeel ‘Road Trains’ (0.4% tot 4.4% van het totaal aantal voertuigen).

In de uitgevoerde verkeerssimulaties zijn geen belangrijke verschillen tussen verkeerssituaties met road trains en verkeerssituaties zonder road trains waargenomen. Hieruit kan worden afgeleid dat een verhoging van de vervoerscapaciteit bij gelijke verkeerspatronen mogelijk is.

Botsgedrag Het botsgedrag van verschillende langere en zwaardere voertuig configuraties is met MADYMO bestudeerd. Met de gecreëerde modellen kan aan het botsgedrag geen kwantitatief voorspellende waarde toegekend worden, aangezien de modellen niet zijn gevalideerd. Met de geënsceneerde situaties, zoals het inrijden op een file en het ‘scharen’ van de gestelde langere en zwaardere voertuigen, kunnen wel trends in het gedrag van de voertuigen geobserveerd worden.

De volgende conclusies kunnen worden gegeven:

(6)

TNO-rapport

96 OR KJ 068 IIRH 12 december 1996 6 van 82

l De remweg van langere en zwaardere vrachtwagens (70 ton) neemt met circa één personenwagenlengte toe t.o.v. de 50 tons vrachtwagens en is circa twee personenwagenlengtes langer dan de remweg van een 40 tons vrachtwagen.

Het verschil in remweg ontstaat doordat de zwaardere vrachtwagens relatief minder weerstand van de file ondervinden.

. De impact van de vrachtwagen op de file wordt voor een groot deel gedissi- peerd door de deformatie van de eerste auto. Deze blijkt in alle gevallen een fatale klap te krijgen. Bij de langere en zwaardere vrachtwagens (50 of 70 ton) heeft de tweede auto een verhoogd risico m.b.t. fataal letsel, terwijl verderop in de file de kans op letsel iets toeneemt.

l Ten aanzien van het schaargedrag als gevolg van het inrijden op een file lijkt de trekker met twee opleggers (B-double) het meest stabiel te zijn en de vrachtwagen aanhangwagen combinatie (25.25 m) en de trekker oplegger met mrddenas-aanhangwagen veel minder stabiel, in vergelijking met de “standaard” vrachtwagen aanhangwagen.

l Bij het onderzochte dubbele-file model is de invloed van een scharende vrachtwagen combinatie op de naastgelegen parallelle files gering met betrekking tot de kans op ernstig letsel.

(7)

96 OR VD 068 l/RH 12 december 1996 7 van 62

Inhoud

Inleiding ... 9

1.1 Doel ... 11

1.2 Uitvoering ... 11

Het zichtveld ... 15

2.1 Zichtveld eisen ... 15

2.2 Het computerprogramma PLBAVA ... 17

2.3 Zicht op het gebied rechts van het voertuig ... 18

2.4 Ongevallen met fietsers en voetgangers ... 19

2.5 Conclusies ... 22

2.6 Aanpassingen ter verbetering van de zichtvelden ... 23

Windbelasting uit aërodynamische effecten ... 26

3.1 Bepaling van de windbelasting ... 26

3.2 Constructie van de windbelastingen ... 29

3.3 Voertuigmodel en validatie ... 30

3.4 Beoordelingscriteria en simulatie voorbeeld ... 34

3.5 Simulatie resultaten ... 39

Toename aantal inhaalmanoeuvres op 80 km/u wegen, de benodigde tijd en de ongevalskans, ook bij het oversteken van kruisingen ... 45

4.1 Toename aantal inhaalmanoeuvres op 80 km/u wegen ... 45

4.2 Extra benodigde tijd voor inhalen en ongevalskans. ... 46

4.3 Oversteken van kruisingen en toename van aantal ongevallen ... ⁴⁸

4.4 De acceleratie van het voertuig ... 49

4.5 Conclusies en aanbevelingen ... 5 1 Invloed op het afwikkelingsproces, simulatie van verkeersstromen ... 53

5.1 Opzet experimenten ... 53

5.1.1 Kalibratie ... 54

5.1.2 Definitie simulatieruns ... 57

5.1.3 Uitvoering simulatieruns en verwerking van de resultaten ... 59

5.2 Resultaten verkeerssimulatie ... 59

5.2.1 Verwijderde voertuigen uit simulatie ... 60

5.2.2 Afwikkelingsproces ... 60

5.2.3 Ongevalskans ... 62

5.2.4 Rijstrookwisselingen en invoegmanoeuvres ... 63

6 Botsingen met files . . . 66

(8)

TNO-rapport

96 OR VD.066 IIRH 12 december 1996 8 van 82

6.1 MADYMO simulaties ... 67

6.1.1 Botsveiligheid ... 67

6.1.2 Schaargedrag van de gesteld langere en zwaardere configuraties ... 72

6.1.3 Twee files naast elkaar ... 72

7 Conclusies . . . 77

8 Referenties . . . , . . . 8 1 Bijlage A Zichtvelden aan rechter zijde van de voertuigen

Bijlage B Aerodynamische krachten op auto en caravan Bijlage C Acceleratietijd

Bijlage D Specificaties vrachtauto’s Bijlage E Rijweerstanden

(9)

96 OR VD 068.1iRH 12 december 1996 9 van 82

1 Inleiding

De opdrachtgever is geïnteresseerd in de effecten van langere en zwaardere vrachtwagens op de verkeersafwikkeling en de verkeersveiligheid. Deze langere en zwaardere vrachtwagens worden ook wel ‘Road Trains’ genoemd. Verwezen wordt naar een eerdere studie: Technologische innovatie door ‘Road Trains’ op Nederlandse wegen [ll. De aandacht gaat bij deze interesse specifiek uit naar drie representanten voor dergelijke langere en zwaardere combinaties te weten:

l een drie-assige vrachtwagen met een lengte van 10.175 m en een drie-assige aanhangwagen (oplegger) met een lengte van 13.6 m door middel van een twee-assige koppelvoertuig, een zogenaamde ‘A-koppeling’, ook wel A-dolly genoemd (zie figuur 1) verbonden met het trekkend voertuig. De totale lengte van de combinatie is 25.25 meter, met een totale massa van 50 en van 70 ton.

Voor een zijaanzicht van dit voertuig wordt verwezen naar figuur 2;

l een combinatie van een drie-assige trekker, een drie-assige oplegger combinatie met een lengte van 16.5 m en een twee-assige middenas-aanhangwagen (aanhangwagen met centrale assen) met een lengte van 7.825 m door middel van een kort koppel systeem verbonden met de oplegger, ook wel ‘wipkar’

genoemd. De totale lengte van de combinatie is 25.25 meter en met een totale massa van 50 en van 70 ton. Voor een zijaanzicht van dit voertuig wordt verwezen naar figuur 3;

. een drie-assige trekker en twee drie-assige opleggers met een totale lengte van 25.25 m, ook wel ‘B-double’ genoemd. De opleggers zijn onderling verbonden door een zogenaamde type ‘B-koppeling’. Op het achterstuk van de eerste oplegger bevindt zich een schotel waarop de tweede oplegger rust.

De totale massa van de combinatie bedraagt 50 of 70 ton. Voor een zijaanzicht van dit voertuig wordt verwezen naar figuur 4. Ter illustratie is in figuur 5 een foto van een Australische B-double gegeven.

De bovengenoemde effecten worden beoordeeld ten opzichte van een zes-assige trekker-oplegger combinatie met een lengte van 16.5 m en zes-assige vrachtwagen-aanhangwagen combinatie van 18.75 m, die beide aan het huidige verkeer deelnemen. Voor de massa van de referentievoertuigen is de maximaal toelaatba- re massa van 50 ton aangehouden, volgens de huidige binnenlandse wetgeving.

De breedte van alle voertuigen is 2.55 meter.

De opdrachtgever heeft het gebied van aandacht met een achttal vragen nader gespecificeerd. Deze vragen zijn letterlijk uit de opdrachtomschrijvmg overgeno- men.

1. Zijn de zichtveldeisen voor deze lange (uit meerdere geledingen bestaande) vrachtwagens in bochten voldoende?

2. Is er een toename van het aantal ongevallen met tweewielers en voetgangers te verwachten bij inhalen en afslaan door de langere vrachtwagens? Zo ja, hoe groot is deze toename?

(10)

TNO-rapport

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Welke hmder ondervinden andere weggebruikers, met name caravanrijders als zij gepasseerd worden door deze langere vrachtwagen-combinaties?

Is er een toename van het aantal inhaalmanoeuvres op 80 km/u wegen te verwachten ten gevolge van het trager zijn van deze zwaardere vrachtwagens?

Hoeveel extra tijd kost het om deze langere vrachtwagens op 80 km/u wegen in te halen en verhoogt dit de kans op een ongeval?

Hoeveel langer duurt het oversteken van een kruismg en is er een toename te verwachten van het aantal ongevallen bij oversteken van kruisingen door deze langere en zwaardere vrachtwagens, met en zonder verkeersregelinstallaties?

Wat is de invloed van langere en zwaardere (tragere) vrachtwagens op het afwikkelproces, het ontstaan van files, het ontstaan van conflicten en de ongevalskansen bij rijstrookwisselingen, inhaal- en invoegmanoeuvres?

Wat is de invloed van de zwaardere vrachtwagen op de ernst van de afloop van ongevallen (achterop rijden van files)?

Figuur 1: Een twee-assige A-dolly

(11)

1.1 Doel

Het doel van het onderzoek is de bovengestelde acht vragen te beantwoorden.

Waar mogelijk worden wiskundige modellen gehanteerd. Indien voor het beantwoorden van de vragen geen model aanwezig is, dan wordt een onderbouwde mening op basis van inzicht en ervaring gegeven.

1.2 Uitvoering

Voor de beantwoording van de bovengestelde vragen zijn verschillende modellen gebruikt en zijn meerdere TNO instituten en afdelingen betrokken.

Het zicht in een bocht naar rechts is bij zwaar verkeer beperkt. Met behulp van het programma PLBAVA’ zijn de zichtvelden van de gestelde voertuigcombinaties in een 90” bocht naar rechts, met een bochtstraal van 12.5 meter, vergeleken met de zichtvelden van de huidige trekker-oplegger en vrachtwagen aanhangwagen combinaties. Voor de beantwoording van de vraag of de zichtveldeisen voor deze voertuigen in bochten voldoende zijn, wordt verwezen naar hoofdstuk 2.

Voor de beantwoording van de vraag over de toename van het aantal ongevallen met tweewielers en voetgangers zijn geen modellen beschikbaar. De beantwoording van deze vraag is gekoppeld aan de vraag betreffende de zichtveldeisen in hoofdstuk 2.

De hinder door aërodynamische effecten van de langere voertuigen op de andere weggebruikers is onderzocht door middel van simulaties met een personenwagen-caravan combinatie die ingehaald wordt door de gestelde vrachtwagen-combinaties. Er is bij de simulaties gebruik gemaakt van vooraf bepaalde aërodyna- mische belasting profielen. Met het programma BAMMS’ voor modelleren en simuleren van voertuigbewegingen zijn de effecten van deze verstoring onderzocht. Voor de beantwoording van deze vraag wordt verwezen naar hoofdstuk 3.

De vragen betreffende de toename van inhaalmanoeuvres op 80 km/u wegen, de extra benodigde tijd hiervoor en de eventuele toename van de ongevalskans hebben ons inziens alleen te maken met de lengte en de acceleratiesnelheid. Dit zelfde geldt ook voor het oversteken van kruisingen. Daarom is voor de beantwoording van de vragen eerst onderzocht of deze vrachtwagens wel zoveel trager zijn, en of een eis aan het motorvermogen (pWton verhoudingen) moet worden gesteld.

’ PLBAVA IS een door de afdeling Voertuigdynanuca van TNO-WT ontwikkeld computerprogramma voor het berekenen van bestreken banen van gelede voer- tulgen.

* BAMMS staat voor Bondgraph based Algonthm for Modellmg Multi body Systems Dit “multl-body” pakket is bij de afdehng Voertuigdynamica van TNO-WT en de TU-Delft ontwikkeld.

(12)

Figuur 2: Vrachtwagen-aanhangwagen combinatie met een lengte van 25.25 m.

xm

Figuur 3: Trekker-oplegger combinatie plus middenas-aanhangwagen met een lengte van 25.25 m.

l I

Figuur 4: Trekker met twee opleggers met een lengte van 25.25 m, de zogenaamde ‘B-double’.

(13)

Figuur 5: Een B-double uit Australiè.

De extra benodigde tiJd voor veel voorkomende inhaalmanoeuvres, dat wil zeggen personenauto’s die vrachtwagens inhalen, en/of het oversteken van kruisingen wordt voor een aantal pk/ton verhoudingen (versnellingen) berekend. Er wordt gezocht naar een vertaling (expertschatting) van de extra benodigde tijd naar ongevalskansen. Hiermee wordt een voorstel opgesteld voor een ondergrens van de pk/ton verhouding. Voor de beantwoording van deze vragen zullen geen simulaties worden uitgevoerd. Voor de beantwoording van deze vragen wordt verwezen naar hoofdstuk 4.

De invloed op het afwikkelproces is onderzocht door TNO-INRO. Centraal In de aanpak staat het gebruik van het software pakket MWC voor het op een ade- quaat detailmveau simuleren en analyseren van verkeersstromen en de problemen die zich daarbij voor kunnen doen. MIXIC is gevalideerd voor drie-strooks autosnelwegen op basis van gegevens afkomstig van de A2 tussen Utrecht en Amsterdam. Voor een gedetailleerde beschrijving van de simulaties en de analyse wordt verwezen naar hoofdstuk 5.

3 MIXIC staat voor Microscopic Model for Simulation of intelligent Cruise con- trol.

(14)

TNO-rapport

96 OR VD 068 l/RH 12 december 1996 14van82

Door middel van een trendvoorspellend model zal de vraag betreffende de ernst van de afloop van een ongeval in vergelijkende zin worden beantwoord. Omdat niet elke file gelijk is zal een referentie file worden gebruikt. Deze referentie file bestaat uit één rij met een aantal stilstaande standaard voertuigmodulen met een onderlinge afstand van een halve meter. Met een snelheid van 50 krn/u rijden de voorgestelde langere uit meer geledingen bestaande vrachtwagens in op de middelste rij voertuigen. Om een vergelijking te kunnen maken met het huidige zwaar transport worden twee extra simulaties, uitgevoerd, een met een standaard vrachtwagen-aanhangwagen combinatie en een met een standaard trekker-oplegger combinatie.

Gekeken is naar het verschil in ernst van de afloop van een dergelijk ongeval, met name hoe veel verder het voertuig doorzet en uitknikt waarbij ook naast gelegen banen worden meegenomen.

De afdeling Botsveiligheid van TNO-WT heeft een specifieke expertise betreffende de impact bij botsingen. De afdeling heeft bij de beantwoording gebruik gemaakt van MADYM04. Voor een uitgebreide beschrijving van de werkzaam- heden wordt verwezen naar hoofdstuk 6.

MADYMO staat voor MAthemetlcal DYnamlcal MOdels en IS ontwikkeld voor het simuleren van voertuigmzittenden m botssltuaties

(15)

2 Het zichtveld

Het zicht in een bocht naar rechts is bij vrachtwagens beperkt. Met behulp van meerdere spiegels kan de bestuurder van een voertuig een gebied rechts naast het voertuig overzien. Aan deze gebieden zijn eisen gesteld. In paragraaf 2.1 wordt in het kort ingegaan op de zichtveldeisen. Het vaststellen of de zichtvelden voldoende zijn, is in dit onderzoek alleen m een rechter bocht onderzocht. Van de in de inleiding gestelde voertuigcombinaties zijn de zichtvelden in de rechter buitenspiegels in een haakse rechterbocht met een bochtstraal van 12.5 meter gesimuleerd. Deze zichtvelden zijn vergeleken met de zichtvelden van de huidige standaard trekker-oplegger en vrachtwagen-aanhangwagen combinaties. Het programma PLBAVA is hiertoe ingezet. Voor een korte beschrijving van het programma wordt verwezen naar paragraaf 2.2. Het contour van het zichtveld in de gegeven bocht is doorsneden met de rechter zijkant van de voertuigsamenstellen.

De analyse is besproken in paragraaf 2.3.

Naast de beantwoording van de vraag betreffende de zichtveldeisen wordt in dit hoofdstuk tevens een antwoord gegeven op de vraag, of er een toename van het aantal ongevallen met tweewielers en voetgangers te verwachten is bij inhalen en afslaan door de langere vrachtwagens. In paragraaf 2.4. wordt hier nader op ingegegaan.

Met enkele conclusies betreffende de zichtvelden wordt dit hoofdstuk met paragraaf 2.5 afgesloten, gevolgd door paragraaf 2.6 met aanbevelingen omtrent mogelijke aanpassingen aan de voertuigen om aan de eisen voor zichtvelden te kunnen voldoen.

2.1 Zichtveld eisen

De eisen die aan zichtvelden van voertuigen worden gesteld staan beschreven in Richtlijn 71/127/EEC [2]. Voor het onderzoek is alleen het zichtveld aan de rechter zijde van de voertuigen beschouwd omdat dit voor de bestuurder het meest kritische gebied is, zeker bij het nemen van een rechter bocht. Dit rechter gebied overziet de bestuurder met behulp van meerdere spiegels.

In de figuren 6 en 7 zijn met gearceerde oppervlakken de gebieden op wegdek niveau aangegeven die de bestuurder eventueel met behulp van zijn spiegels moet kunnen zien. Figuur 6 geeft het zichtveldgebied waaraan de standaard spiegel moet voldoen. Voor langere vrachtwagencombinaties is de breedbeeld spiegel verplicht, zie hiervoor figuur 7.

Het gebied pal rechts naast de cabine wordt overzien met een speciale spiegel.

Dit gebied is gekoppeld aan het trekkende voertuig en is niet afhankelijk van de lengte van de combinatie en wordt niet beïnvloed door de draaibewegmg. Daar- om is dit zichtveld niet betrokken in het onderzoek.

(16)

TNO-rapport

96 OR VD 068 1IRH 12 december 1996 16 van 82

“#x.h.“d YYIW

r-.“,” “I-

PI-. I”8.v

PoI”I.

UI% nrd -tc,DT

IW.“I.. .,-

Figuur 6: zichtvelden van de linker en rechter buitenspiegel voor rechtsrijdende voertuigen

leid of won at ground l

m

Ocular pek\ 25 m J

1

Figuur 7: Zichtveld rechterbuitenspiegel van de zogenaamde breed spiegel verplicht voor langere combinaties

(17)

96 OR VD 068 l/RH 12 december 1996 17van02

2.2 Het computerprogramma PLBAVA

PLBAVA is een computerprogramma voor het berekenen van bestreken banen van samengestelde voertuigen, ook wel gelede voertuigen genoemd. Het model is opgezet aan de hand van de in de voertuigdynamica gebruikelijke mathematische vergelijkingen. De bewegingen van het voertuig in een bocht zijn het gevolg van op het voertuig werkende banden traagheidskrachten. De banden kunnen in dit model dwarsslip vertonen, een verschijnsel dat in werkelijkheid bij het rijden met voertuigen optreedt en de bestreken baan beïnvloedt. Figuur 8 beschrijft in een aantal stappen de positie van de zogenaamde ‘B-double’ combinatie in een haakse bocht naar rechts. In deze figuur is tevens een twee meter zone naast het voertuig getekend. Dit is gebeurt met behulp van een fictief punt twee meter rechts naast het meest achterste punt van de combinatie. De weergave van de bestreken baan van de overige samenstellen zijn gegeven in bijlage A, figuren A.l t/m A.4.

De zichtveld contouren uit paragraaf 2.1 zijn aan de trekkende geleding gekoppeld. Voor elke simulatie zijn deze contouren met behulp van trajectoriën van de hoekpunten van het vereiste zichtveld per tijdstap als uitvoer weggeschreven.

Eveneens zijn de coördinaten van de hoekpunten van de getrokken geledingen als trajectoriën vastgelegd.

Figuur 8: De posities van een ‘B-double’ combmatle in een aantal stappen tijdens de haakse bocht naar rechts.

(18)

TNO-rapport

2.3 Zicht op het gebied rechts van het voertuig

Met PLBAVA zijn een aantal simulaties uitgevoerd. De wettelijk voorgeschreven zichtveldcontouren zijn in PLBAVA ingeprogrammeerd. Vervolgens is een haakse bocht naar rechts gesimuleerd. De zichtveldcontourlijnen zijn eventueel met de rechterzijkant van de tweede en eventueel volgende getrokken delen van het samenstel doorsneden. Vervolgens is er een berekening uitgevoerd, daarbij is het deel van de zijkant van de aanhanger van het samenstel, dat met behulp van de spiegels vanaf de bestuurders plaats nog zichtbaar is, in procenten van de totale aanhangerlengte uitgedrukt en in een figuur als functie van het doorlopen traject van het voertuig (doorlopen deel van het rechte stuk voor de bocht, de bocht zelf, en het rechte stuk na de bocht) uitgezet. Het betreft hier de zijkant van de geleding op wegdek niveau. Deze berekening is met EXCEL 5.0 uitgevoerd.

Figuur 9 beschrijft de doorsnijding met de zijkanten van de opleggers voor de

‘B-double’ combinatie. Voor de overige beschnjvingen wordt verwezen naar bijlage A, figuren AS t/m A.8.

Zicht~eld L&ZDOUBLE

200 30 0 400

TOtmI. .?sia”d lm,

Figuur 9: Het zicht op de ziJkant van de twee opleggers van de ‘B-double’ combtnatte in procenten van de betreflende oplegger.

In de figuur is:

St-1 : De doorsnijding van de Standaard spiegel en de eerste geleding.

St-2 : De doorsnijding van de Standaard spiegel en de tweede geleding.

B-1 : De doorsnijding van de Breedbeeld-spiegel en de eerste geleding.

B-2 : De doorsnijding van de Breedbeeld-spiegel en de tweede geleding.

(19)

96 OR VD 066 1lRH 12 december 1996 19 van 02

In figuur 9 is het bochtstuk aangegeven met een blok op de horizontale as die bij 2 m begint en tot ca. 22 m doorloopt. Er kan worden waargenomen dat de bestuurder met de standaard spiegel de eerste oplegger voor een deel uit het oog verliest. De tweede oplegger is in een deel van de bocht geheel uit het zicht verdwenen. Met de breedbeeld-spiegel is dit zichtverlies aanzienlijk minder. De eerste oplegger blijft in beeld maar als de trekker net uit de bocht komt is 40%

van het achterstuk van de tweede oplegger uit het zicht verdwenen, 60 % is dus nog zichtbaar. Binnen deze 40% bevindt zich wel de as-configuratie van deze geleding zodat de bestuurder niet kan zien of deze as-configuratie over iets heen rijdt.

Bij de figuren in bijlage AS t/m A.8 is het bochtstuk eveneens aangegeven met een blok op de horizontale as die bij 2 m begint en bij ca. 22 m eindigt.

In figuur AS kan worden afgelezen dat met de standaard spiegel de standaard oplegger tot 80 procent uit het zicht verdwijnt. De breedbeeld-spiegel voldoet wel, de oplegger blijft volledig in beeld.

In figuur A.6 waar het zicht op de zijkant van de standaard aanhanger is weergegeven valt te zien dat de standaard spiegel ook hier niet voldoet. Het zicht valt tijdelijk tot 25 à 30 procent terug. De breedbeeld-spiegel geeft ook bij deze standaard combinatie geen problemen.

Bij de configuratie in figuur A.7, dit is de oplegger met middenas-aanhangwagen, valt af te lezen dat met de standaardspiegel de zijkant van de combinatie voor een groot deel van het afgelegde traject niet geheel te zien is, het zicht valt tijdelijk terug tot 20 procent. De tweede geleding, de middenas-aanhangwagen, is een groot deel van de tijd volledig buiten beeld. Met de breedbeeld-spiegel wijzigt het zichtbaarheidsnivo aanzienlijk. De tweede geleding is bij de breedbeeld-spiegel volledig in beeld, terwijl de derde geleding korte tijd voor 75 procent zichtbaar blijft.

Bij figuur A.8 welke de vrachtwagen-aanhangwagen combinatie van 25,25 m representeert, is af te lezen dat de standaardspiegel niet voldoet. Het grootste gedeelte van de tijd is de zijkant van de aanhanger niet zichtbaar, tijdelijk tot ca.

10%. De breedbeeld-spiegel daarentegen voldoet volledig. Gedurende de gehele bocht is de zijkant van de aanhanger volledig zichtbaar.

2.4 Ongevallen met fïetsers en voetgangers

Een vraag die zich aandient bij langere vrachtwagens is de eventuele toename van het aantal ongevallen met tweewielers en voetgangers, in het vervolg samengevat als langzamere verkeersdeelnemers, bij afslaan en inhalen.

(20)

TNO-rapport

Er dient duidelijk onderscheid gemaakt te worden tussen het inhalen van langzamere weggebruikers, en afslaan met langere combinaties. Met name het rechts afslaan is een belangrijk aandachtspunt.

Met betrekking tot het inhalen van verkeersdeelnemers is het risico niet of nauwelijks groter. De reden is dat de chauffeur de verkeersdeelnemer op het moment dat hij deze gaat inhalen al heeft gezien, daarnaast is het zichtveld van de spiegels tijdens het inhalen niet belemmerd want de combinatie is gestrekt.

Daardoor is de gehele lengte van het voertuig in de spiegels te zien, terwijl ook de verkeersdeelnemer in de spiegels zichtbaar blijft. Het gevaar schuilt rn het feit dat de vrachtwagen pas later kan invoegen omdat deze langer is, hiermee moet de chauffeur terdege rekening houden.

Het grootste gevaar ligt bij het rechts afslaan van de vrachtwagencombinaties.

Uit de statistieken [3] blijkt dat bij deze situatie de meeste ongevallen plaats- vinden met het langzamer verkeer. Dit is eenvoudig te verklaren uit het feit dat dit verkeer zich in de regel aan de rechterzijde van de weg voortbeweegt.

Er dienen twee groepen onderscheiden te worden, te weten tweewielers en voetgangers. Voetgangers hebben over het algemeen een van de weg gescheiden pad waarop zij zich veilig kunnen voortbewegen. Bij tweewielers ligt dat anders.

Er zijn verschillende situaties met tweewielers te onderscheiden met betrekking tot de weg:

l tweewielers op dezelfde rijbaan;

l tweewielers op van weg gescheiden rijbaan;

l tweewielerpad/voetpad gescheiden door bermstrook.

Het grootste risico doet zich voor wanneer de tweewielers niet gescheiden zijn van het snelverkeer. De reden voor het grotere risico is dat vrachtwagens in zijn algemeenheid niet goed kunnen voorsorteren wanneer zij rechts afslaan. Bij het rechts voorsorteren moet de bestuurder rekening houden met de baanverbreding van de vrachtwagen tijdens het nemen van de bocht. Deze baanverbreding treedt bij alle vrachtwagens op, maar bij de ene configuratie in grotere mate dan bij de andere. De baanverbreding is afhankelijk van een aantal factoren zoals:

l lengte van de geleding;

l wielbasis van de geleding;

l soort geleding (aanhanger of oplegger);

l lengte koppelboom;

l eventueel sturende assen.

De tweewielers kunnen zich tussen de trottoirband en de vrachtwagen begeven.

Omdat tijdens het nemen van de bocht het zichtveld in de spiegels van de vrachtauto vermindert en de binnenstraal van de bocht kleiner wordt, kan de situatie ontstaan dat de tweewieler klem gereden danwel in het ergste geval overreden wordt.

(21)

Om een indruk te geven hoeveel de baanverbreding van de vrachtwagen is tijdens het nemen van de bocht, is er met het programma PLBAVA een simulatie uitgevoerd, namelijk een 120” bocht met een buitenstraal van 14 m. Daarbij zijn de toename van de buitenstraal, ook wel uitzwaai genoemd, en de minimale binnenstraal bepaald. De maximale uitzwaai is de beschrijving van de linker achterhoek van de combinatie (dit kan zowel de tweede als de derde geleding zijn). De minimale binnenstraal is het punt van de combinatie dat de kleinste straal beschrijft. De configuraties die toegepast zijn, zijn identiek als die bij hoofdstuk 1. De resultaten zijn als volgt in tabel 1 samengevat.

Tabel 1: Bestreken baan van de onderzochte combinaties in een 120” bocht met een bochtstraal van 14 meter.

combrnatie toename

buitenstraal (uitzwaai)

kleinste percentuele afname binnenstraall draai- binnenstraal t.o.v.

cirkel de standaard

eenheid [ml bl Wl

standaard oplegger 0.193 8.080

oplegger+wipkar 0.115 7.201 12

B-double 0.013 5.317 34

standaard aanhanger 0.026 8.393

vrachtwaaen-aanhanaer 0.196 7.100 15

Deze tabel geeft een indicatie van de bestreken baan van het voertuig. Er kan vergeleken worden met de standaard uitvoering. Er is te zien dat de bestreken baan groter wordt voor alle voertuigen met grotere lengte. Dit levert dus een potentieel gevaar op voor tweewielers die zich naast de vrachtwagencombinatie bevinden.

De toename van de bestreken baan van de B-double is het grootst. Dit komt omdat de wielbasis van beide getrokken geledingen relatief groot is. Door toepassing van gestuurde assen zal de kleinste binnenstraal toenemen.

Een zeer belangrijk aspect hierbij is of het gebied naast de truck tijdens het nemen van de bocht nog zichtbaar is. Is dit niet het geval dan is het risico op ongelukken erg groot.

Voor de verschillende configuraties is het zichtveld gesimuleerd op 2 m naast het voertuig. Het gedeelte tussen de combinatie en de lijn op 2 m moet in principe zichtbaar blijven. Bij de simulatie komt naar voren dat de combinatie trailer met middenas-aanhangwagen en de combinatie ‘B-double’ zichtproblemen vertonen.

In figuur 10 blijkt dat vooral het zicht op de middenas-aanhangwagen tijdelijk wegvalt, dit is bezwaarlijk omdat ook tijdens het nemen van de bocht de tweewieler zich naast de combinatie kan begeven, hier schuilt dus een extra gevaar.

Hierbij moet in ogenschouw worden genomen dat een extra lange combinatie vrij langzaam de bocht zal nemen waardoor de kans groter is dat een tweewieler zich naast de rechterzijde begeeft.

(22)

TNO-rapport

96 OR VD 066 1IRH 12 december 1996 22 van 82

Als het tweewieler- cq. voetpad gescheiden wordt door een bermstrook bestaat er voor de langzame verkeersdeelnemers ook een reëel gevaar. De verkeersdeelnemers zijn dan zodra de vrachtwagencombinatie de bocht gaat nemen uit ztcht.

Dit IS bij de nu toegestane combinaties ook al het geval. Omdat de combinaties langer zijn is de kans dat er iets gebeurt groter. Ook hier zrjn de spiegels de bepalende factor. Omdat de twee meter lijn in dit geval niet opgaat maar deze verder weg zou liggen is het dus aannemelijk dat een groter deel van de tijd de langzame verkeersdeelnemers niet zichtbaar zijn in de spiegels.

De langere en zwaardere combinaties zullen met hun bestreken baan in dit geval niet het tweewielerpad afsnijden. Wel is er een risico omdat rechtdoorgaand verkeer voorrang heeft voor afslaand verkeer.

ZIchWeId LdrZ-TR. Zm

100 0% -

B g 80 0% ..

I a

I 60 0% --

E 6-1

Q El

- 6-2

E -Bocht

N 8 40 0% -- s B 1 20 0% --

00% L \ 2

00 100 20 0 300 400 50 0 60 0

Tot.1. .,.tmn* Irn,

Figuur 10: Het zrcht op 2m van de zijkant van de mtddenas-aanhangwagen in procenten van de betreflende aanhanger

Een kanttekening die niets met zichtvelden te maken heeft maar wel het ovemj- den van voetgangers en (brom-)fietsers kan reduceren, is gesloten zijafschenmg.

Dit geldt voor zwaar verkeer in het algemeen.

2.5 Conclusies

Voor de vrachtwagen met langere aanhangwagen (25.25 m) is er geen probleem als er breedbeeld-spiegels worden toegepast. Bij de trekker-oplegger met middenas-aanhangwagen en de ‘B-double’ is het zicht op de tweede aanhanger tijdelijk verdwenen. Er is dan een grotere kans op een ongeval bij het rechts afslaan van de combmatie. Doordat er geen gegevens bekend zijn over de relatie langere voertuigen en ongevallen is deze kans niet kwantitatief uit te drukken. Er zal op

(23)

het gebied van het zicht van de spiegels of op het gebied van de bestreken baan maatregelen genomen moeten worden.

Het risico bij het inhalen van langzame verkeersdeelnemers is gering, maar zal iets toenemen. Wel zal de chauffeur rekening moeten houden met de lengte van het voertuig. Naarmate het voertuig langer wordt is de inschatting dat de verkeersdeelnemer IS ingehaald lastiger te maken.

Om het risico om onder de wielen terecht te komen te verminderen is zijafscherming bij vrachtwagens nuttig.

2.6 Aanpassingen ter verbetering van de zichtvelden Mogelijke veranderingen die toegepast zouden kunnen worden:

a- extra brede breedbeeld-spiegels of meedraaiende spiegel;

b- camera’s in plaats van spiegels;

c- gestuurde assen bij de aanhanger of trailer.

a De extra brede breedbeeld-spiegel heeft een andere (grotere) zichthoek, met bijvoorbeeld aan de rechterzijde vier meter extra zicht op 15 m achter de bestuurder (uitbreiding van 12.5 naar 16.5 meter). Daardoor zal de tijd dat de geleding niet zichtbaar is kleiner worden. Deze spiegel zou gebruikt kunnen worden bij de combinatie trailer met middenas-aanhangwagen en bij de

‘B-double’. Bij de ‘B-double’ is er dan een klein deel, ca. 20 procent, tijdelijk niet zichtbaar. Omdat dit een heel klein deel van de bocht is, kan dit toelaatbaar zijn. Bij de combinatie met middenas-aanhangwagen blijft de tweede aanhanger praktisch geheel in het zichtveld aanwezig. Indien het zichtveldgebied door toepassing van de breedbeeld-spiegel met vier meter naar rechts wordt uitge- breid, zal een verbetering ontstaan met betrekking tot het overzicht op het overige verkeer rechts naast het voertuig.

Deze uitgebreide contour van het zichtveld is wederom doorsneden met het in paragraaf 2.4 beschouwd vlak van twee meter naast de geleding. Voor de ‘B- double’ is dit in figuur 11 weergegeven. Voor de combinatie met middenas- aanhangwagen is dit weergegeven in figuur 12.

(24)

TNO-rapport

E s

;

=E c I E g :

“g 5 8 e ñ

ZIchtveld L6CDOUBLE. 2m. B+4m

80 0% --

60 0% --

40 0% --

20 0% --

0 0% 1 I

a-1 i_lI? -e-2

-Bocht

Figuur ll. Het zicht op een afstand van 2 m. van de tgkant van de opleggers in procenten van de oplegger

Zlchhreld L&ZTR, Pm. B+4m

00% ’ I

00 100 200 30 0 40 0 50 0 600

Total* rnhtmlld [rn,

Figuur 12. Het zicht op 2m. van de zijkant van de middenas-aanhangwagen in procenten van de aanhangwagen.

Evenals in figuur 9 is ook in figuur 11 het bochtdeel aangegeven met een blok op de horizontale as van 2 tot ca. 22 meter. Er kan worden waargenomen dat met deze verruimde breedbeeld-spiegel het gebted twee meter naast de tweede oplegger over een groter deel zichtbaar blijft, 25% verdwijnt voor een korte periode uit het zicht. Voor de middenas-aanhangwagen neemt het zicht maar voor 5% af, zie figuur 12.

(25)

Het nadeel bij deze spiegels is de zogenaamde vertekening van het beeld. De spiegel verkleind het beeld waardoor het voorwerp moeilijker te zien is en daarnaast is de snelheid en afstand van het voorwerp in de spiegel moeilijker te schatten. Deze spiegels zijn nog niet in de handel maar zijn ons inziens redelijk snel te fabriceren.

Een alternatief is het toepassen van spiegels die met de hoek tussen de geledingen meedraaien.

ad b. Deze mogelijkheid is beter, het beeld is minder vertekend en de kijkhoek is groter dan bij spiegels. (Er bestaan camera’s met kijkhoeken van 120”). Hier zijn minder problemen te verwachten, ook met rijbanen met tussenberm. Nadeel is dat dit een duur en storingsgevoeliger systeem is.

ad Deze oplossing wordt nu ook al toegepast bij trailers om deze geschikt te maken voor rijden in smalle straten. De breedte van de bestreken baan in de bocht zal afnemen en de geleding blijft beter in het zichtveld van de spiegels.

Het is een kostbare oplossing maar wel effectief.

(26)

TNO-rapporl

96 OR VD.068 IIRH 12 december 1996 26 van 82

3 Windbelasting uit aërodynamische effecten

In dit hoofdstuk wordt door simulatie vastgesteld in hoeverre een personenauto- caravan combinatie door langere voertuigen meer verstoring uit aërodynamische effecten (windbelasting) ondervindt dan bij de huidige vrachtauto’s. Hiertoe zijn simulaties verricht met een voertuigmodel van een personenwagen met caravan.

Op verzoek van de opdrachtgever is gekozen voor de situatie dat een langere vrachtwagen de personenwagen-caravan combinatie inhaalt. In de genoemde situatie is de bestuurder van de personenwagen zich wellicht niet bewust van de inhalende langere vrachtwagen. De bestuurder ervaart ineens de verstoring aan de caravan. Om die reden is deze situatie kritieker bevonden dan wanneer de bestuurder van de personenwagen de langere vrachtwagen inhaalt.

Bij de simulaties is de dwarskracht, het giermoment’ en het rolmoment dat door de windbelasting op de personenauto met caravan wordt uitgeoefend als tijdsignaal ingevoerd. Dit signaal is uit literatuur vastgesteld. In de paragrafen 3.1 en 3.2 is dit beschreven. Het model van de personenauto met gekoppelde caravan is beschreven in paragraaf 3.3. Voor het beoordelen van de simulatiere- sultaten zijn in paragraaf 3.4. beoordelingscriteria opgesteld. De simulatieresulta- ten worden besproken in paragraaf 3.5.

3.1 Bepaling van de windbelasting

Op basis van gegevens uit de literatuur ([4] en [5]) is een representatieve

windbelasting bepaald voor een combinatie van een personenauto met een aange- koppelde caravan die door een vrachtauto wordt gepasseerd.

Deze gegevens waren niet direct beschikbaar. Deze paragraaf beschrijft de uit- gangspunten en overwegingen biJ de constructie van relevante windbelastingen uit de beschikbare gegevens.

De beide genoemde rapporten beschrijven onderzoeken met een model van een personenauto geplaatst op een meetbalans in een windtunnel. Naast dat model is een model van een vrachtauto (resp. een bus) geplaatst. Deze plaatsing was zodanig dat de personenauto zich in het zog aan de lijzijde van de vrachtauto bevond. Door het model van de vrachtauto ten opzichte van de personenauto in langsrichting te verplaatsen zijn de krachten en momenten op de personenauto gemeten als functie van de longitudinale positie ten opzichte van de vrachtauto.

In beide onderzoeken zijn daarnaast diverse onderzoeksvariabelen meegenomen.

Deze waren:

Het @ermoment IS het moment om de verticale as van het voertuig.

6 Het rolmoment is het moment om de langsas as van het voertulg

(27)

96 OR VD 068 1IRl-l 12 december 1996 27 van 62

l de uitvoeringsvorm van de vrachtauto;

l de laterale afstand tussen de hartlijnen van de personenauto en de vrachtauto;

l de uitvoering van de personenauto, waaronder ook een caravan;

l de rijsnelheid van de vrachtauto;

. de snelheid en de richting van de omgevingswind.

Door schaling naar de modelschaal, grootte van de betrokken voertuigen en de windsnelheid in de tunnel zijn uit de meetgegevens dimensieloze aërodynamische coëfficiënten bepaald.

Door de coëfficiënten als functie van de onderlinge positie uit te zetten in een grafiek ontstaan karakteristieken van de coëfficiënten. Deze karakteristieken zijn voor diverse waarden van de onderzoeksvariabelen in de rapporten weergegeven.

Door combinaties te maken van de effecten die in de karakteristieken zichtbaar zijn, is getracht representatieve karakteristieken te bepalen voor de in hoofdstuk 1, vraag 3 geformuleerde onderzoeksprobleem. Hierbij zijn de volgende effecten in rekening gebracht, dan wel is gekozen voor de aangegeven variant.

1 In [4] is aangegeven dat de lengte van de vrachtauto nauwelijks van invloed is als er geen natuurlijke dwarswind aanwezig is. Dit komt omdat de verstoring in dat geval vrijwel uitsluitend wordt veroorzaakt door de boeggolf van de vrachtauto. Deze blijft voor langere vrachtauto’s uiteraard gelijk. Op grond van [4] is uitsluitend gerekend met windprofielen voor een windinvalshoek van 20”, waarbij de personenauto zich aan de lijzijde van de vrachtauto bevindt. De verstoring is dan het gevolg van de - plotselinge - afscherming van de wind op de personenauto door de vrachtauto. Indien een gesloten zijafscherming wordt toepast is deze compensatie voor het onderstroom effect niet noodzakelijk. Hierdoor zal de “dynamiek” in het signaal afnemen, maar zullen absoluut gezien de verstoringen groter worden. Verwacht mag worden dat dit zal resulteren in een meer consistent gedrag bij de toename van het snelheidsverschil en een qua amplitude Iets grotere responsie.

2 In [4] is aangegeven dat men uit metingen van een trekker-oplegger-combinatie via extrapolatie heeft bepaald hoe het windgedrag voor een vrachtauto- aanhangwagen-combinatie zou zijn. Gebleken is dat de verschillen gering zijn. Het effect van de grotere verstoring werd namelijk ongeveer te niet gedaan door de stroming tussen de vrachtauto en de aanhangwagen door. In het huidige onderzoek zal dat minder het geval zijn, door de vergroting van de totale lengte en daarmee de vergroting van de verstoring. Wel kan hieruit worden opgemaakt dat de auteurs blijkbaar van mening waren dat bewerkin- gen van de meetgegevens van de windtunnel ter beoordeling van de effecten van andere voertuigen valide resultaten kunnen opleveren.

3 De grootte van de tussenruimte tussen trekker en oplegger bleek relatief weinig verschil op te leveren. Als reden hiervoor wordt aangegeven dat de

(28)

TNO-rapport

stroming door die tussenruimte voornamelijk over de personenauto heen gaat.

Dat zal voor een caravan in mindere mate opgaan. Aangezien er alleen gegevens aanwezig zijn van de grote tussenruimte (2.3 m) zijn deze gebruikt.

4 De mate waarin de lucht onder de vrachtauto kan doorstromen is erg belangrijk voor de windverstoring. Gekozen is voor een relatief open variant, omdat aangenomen is dat de voertuigen die in aanmerking komen om tot lange voertuigen gecombineerd te worden daar meer mee overeenkomen (vloerhoogte 1.2 m tegen het alternatief van 0.4 m). Een kleinere opening onder de vrachtauto resulteert in meer verstoring van de personenauto.

5 Omdat de gevraagde rijsnelheden niet gelijk zijn aan de rijsnelheden waar- voor de metingen zijn uitgevoerd, dient een schaling van de gegevens plaats te vinden. Deze is gedaan door in de berekening van de aërodynamische krachten uit de coëfficiënten het produkt van de snelheden van de vrachtwagen en de personenauto te nemen in plaats van het kwadraat van de snelheid van de personenauto. Deze correctie is ook gebruikt bij het project

“Windhinder Moerdijkbrug” en is tevens aangegeven in [4] in paragraaf 111.4 en figuur 35 op pagina 68.

6 Uit de beschikbare gegevens uit [S] is gekozen voor die van de Datsun personenauto, aangezien de carrosserievorm daarvan het beste past bij hedendaagse personenauto’s. De beschikbare gegevens voor 8 ft en 12 ft laterale afstand van de hartlijnen van de voertuigen zijn gemiddeld tot een waarde voor 10 ft (3.05 m). Voor de caravan zijn de gegevens voor 10 ft direct beschikbaar. Er is gekozen voor een afstand van ca. 3 m omdat dat overeen komt met een situatie waarin de personenauto zich - toevallig - relatief ver links in de rechter rijstrook bevindt terwijl de vrachtauto passeert. De verstoring is groter naarmate de onderlinge afstand kleiner is. Met een afstand van 3 meter is voor een ‘worst case’ situatie gekozen.

Moderne auto’s zijn meestal beter gestroomlijnd dan de Datsun waardoor de aërodynamica beter is. Dit geeft ten opzichte van de Datsun aanleiding tot een grotere zijwind gevoeligheid. Dit wordt tegenwoordig dit vrij effectief tegengegaan door constructieve maatregelen. TNO is van mening dat er daarom geen aanleiding is de aërodynamische gegevens hiervoor te corrigeren.

Als uitgangspunt voor de constructie van de verstoringen zijn de volgende figuren gekozen. De karakteristieken uit deze figuren zijn gedigitaliseerd.

[4]: Pag. 64; Truck (de rondjes)

[5]: Pag. 84; 10 ft (onderste drie figuren de wiebertjes)

Pag. 86; 8 ft & 12 ft (de onderste drie figuren) en deze middelen.

(29)

96 OR VD 066 1 /RH 12 december 1996 29 van 82

3.2 Constructie van de windbelastingen

Omdat de te bepalen karakteristieken van de aërodynamische coëfficiënten in belangrijke mate afhankelijk zijn van de vorm van het te verstoren voertuig, is in principe uitgegaan van de gemeten coëfficiënten van een passerende bus uit [5].

Alleen voor de bus zijn gegevens beschikbaar voor een niet Amerikaans voertuig (de Datsun) en een caravan. De karakteristieken hebben doordat ze gelden voor een ander type zwaar voertuig de volgende tekortkomingen:

l de lengte van de bus is niet gelijk aan die van de te onderzoeken combinaties;

l de vloerhoogte van de bus is veel kleiner dan die van de te onderzoeken combinaties, hetgeen een ander verstoringspatroon oplevert;

l de bus heeft een gesloten carrosserievorm, en heeft dus geen open ruimte bij de verbinding van de geledingen zoals een trekker-oplegger-combinatre wel heeft.

Deze drie tekortkomingen zijn gecompenseerd, door de karakteristieken aan te passen - te “kleuren” - op grond van de verschillen tussen de karakteristieken voor de te onderzoeken combinaties en die voor een bus.

De lengteverschillen van de geledingen zijn gecompenseerd door oprekking of compressie van de karakteristieken.

Het verschil in vloerhoogte geeft voor een vrachtauto meer stroming onder het voertuig door. Dit treedt voornamelijk tussen de wielen op. Op deze punten wordt het gepasseerde voertuig van de vrachtauto weggedrukt.

Bij de openingen tussen geledingen onderling en tussen trekker en oplegger vindt eveneens een doorstroming van lucht plaats. Deze doorstroming heeft een minder grote invloed dan de stroming onder de vrachtauto door, maar heeft overigens hetzelfde gevolg, namelijk dat het gepasseerde voertuig van de vrachtauto wordt weggedrukt. Bij de opening tussen trekker en oplegger vindt bovendien blijkbaar een interactie plaats met de boeggolf. Vanuit de opening kan de drukverlagmg naast de cabine “opgevuld” worden met lucht. Hierdoor neemt bij een vrachtauto het boeggolf-effect sneller af dan bij de bus.

Daarnaast zijn voor de langere voertuigen, die bestaan uit meer geledingen dan de bus, relevante delen van de karakteristieken herhaald, Hierbij is getracht een verantwoorde aansluiting van het zich herhalende patroon te realiseren.

l Bij de vrachtwagen-aanhangwagen combinatie (25.25 m) is de karakteristiek naast de vrachtauto gerealiseerd door middel van compressie en compensatie voor het onderstroom effect. De karakteristiek naast de oplegger is door kopiëren gerealiseerd, waarbij ook het effect van de stroming onder de oplegger door is toegevoegd. Bij de aansluiting is het effect van de stroming door de tussenruimte toegevoegd.

(30)

TNO-rapport

96 OR VD 068 I/RH 12 december 1996 30 van 82

. Bij de trekker, oplegger en middenas-aanhangwagen combinatie is de karakteristiek naast de trekker en de oplegger gerealiseerd door oprekking en compensatie voor de effecten van de ruimte tussen trekker en oplegger en van de stroming onder de oplegger door. De karakteristiek naast de middenas-aanhangwagen is gelijk aan die voor de bus gekozen. Door de centrale positie van het asstel en de normaliter lage ligging van de trekstang is de stroming onder een middenas-aanhangwagen relatief gering. Er is daarom geen extra compensatie voor stroming onder de middenas-aanhangwagen toegevoegd.

Ter plaatse van de ruimte tussen oplegger en middenas-aanhangwagen is een kleine compensatie voor het doorstroom-effect aangebracht.

l Bij de trekker en oplegger combinatie is de karakteristiek gelijk gekozen aan de karakteristiek naast de trekker en oplegger van de voorgaande combinatie, met toevoeging van de normale karakteristiek aan het einde van alle combinaties.

l Bij de B-double combinatie is de karakteristiek naast de trekker en de voorste oplegger gerealiseerd door compressie en compensatie voor de effecten van de ruimte tussen trekker en oplegger en van de stroming onder de oplegger door. De karakteristiek naast de tweede oplegger is gerealiseerd door kopiëren van het relevante deel van de karakteristiek naaste de eerste oplegger en toevoeging van het gedrag aan het einde van de combinaties.

Het resultaat voor de verschillende vrachtwagen combinaties is te vinden in Appendix B. Deze grafieken zijn gecorrigeerd voor de statische component van de zijwind.

3.3 Voertuigmodel en validatie

Het simulatiemodel van auto en caravan is ontwikkeld in BAMMS [6]. Het pakket is algemeen toepasbaar voor analyse van dynamische systemen en heeft tevens enkele specifieke voertuig modules zoals banden, stuursystemen en wiel- ophangings-elementen.

Het model bestaat uit de volgende componenten:

- voertuigbak en caravan:

de afgeveerde massa van het voertuig is gemodelleerd als een star lichaam.

Dit geldt ook voor de body van de caravan.

- wielophanging:

De wielophangingen zijn als starre assen gemodelleerd. Ten opzichte van de voertuigbak kunnen de assen roteren om het rolcentrum en een verticale beweging uitvoeren. Tussen voertuigbak en as zijn lineaire veren en dempers geplaatst, de torsie stabilisator wordt gerepresenteerd door een torsieveer in het rolscharnier.

- wielen:

De wielen zijn als starre, onvervormbare schijven gemodelleerd, met één rotatie graad van vrijheid ten opzichte van het aslichaam.

(31)

96 OR VD 068 1IRI-i 12 december 1996 31 van 82

- banden:

De banden hebben verticaal een lineaire veerkarakteristiek. Het laterale band- gedrag wordt niet-lineair beschreven met de ‘Magie Formula’ [7].

De beweging van de voertuigbak is samengesteld uit drie translaties en drie rotaties. Deze bewegingen worden uitgedrukt ten opzichte van een assenstelsel waarvan de oorsprong ligt in het zwaartepunt van het de voertuigbak. De x-as van dit assenstelsel is de langs-as van het voertuig, positief naar voren, De y-as is de dwars-as van het voertuig, positief naar rechts. De z-as staat verticaal, naar beneden positief. De optredende translaties langs respectievelijk de x, y en z-as zijn respectievelijk longitudinaal, lateraal en verticaal. De drie rotaties zijn de rotatie om de x-as oftewel de rolbeweging, de rotatie om de y-as ook wel de domp genoemd en als laatste de rotatie om de z-as beter bekend als de gierbewe- ging.

De koppeling tussen caravan en voertuigbak is gemodelleerd als een ideaal bol- scharnier. De parameters van het voertuig zijn afgeleid van hedendaagse auto’s, er wordt onder andere gebruik gemaakt van recent gemeten bandenkarakteristie- ken.

(32)

TNO-rapport

parameters van de auto massa

traagheidsmomenten hoogte zwaartepunt wielbasis

trekhaak

: 1200 kg

: 1x=500, Iy=1400, Iz= 1750 kgm2

: 0.65 m boven wegdek, 1.2 m achter vooras : 2.65 m

: 0.35 m boven wegdek, 3.70 m achter vooras voorwielophanginq

spoorbreedte veerstijfheid dempingsconstante afstand tussen veren rolstijfheid

rolcentrum massa

traagheidsmoment spoorstijfheid

1.5 m 15000 N/m 1000 Ns/m 1.2 m

30000 Nrn/rad

0.05 m boven wegdek 70 kg

1x = 30 kgm2 schaalfactor 0.6 achterwielophanginq

spoorbreedte : 1.5m

veerstijfheid : 12500 N/m dempingsconstante : 1250 Ns/m afstand tussen veren : 1.2m

rolstijfheid : 20000 Nrn/rad

rolcentmm : 0.12 m boven wegdek

massa : 70 kg

traagheidsmoment : 1x = 30 kgm2 spoorstijfheid : nominaal wielenfbanden

traagheidsmoment : Iy = 0.9 kgm2

banden : 195/55-R15 (Magie Formula fit) aërodynamica

frontaal oppervlak : 2m2 karakteristieke lengte : 2.5 m karakteristieke breedte : 1.5m

referentieuunt I : 1.325 m achter vooras, op wegdek hoogte

(33)

96 OR VD.068 1iRH 12 december 1996 33 van 82

parameters van de caravan massa

traagheidsmomenten hoogte zwaartepunt wielas

: 1240 kg

: 1x=900, Iy=2200, Iz= 2500 kgm2

: 0.75 m boven wegdek, 3.2 m achter trekhaak : 3.37 m achter trekhaak

wielophanging spoorbreedte veerstijfheid dempingsconstante afstand tussen veren rolcentrum

massa

traagheidsmoment spoorstijfheid

: 1.92 m : 30000 N/m : 1000 Ns/m : 1.52 m

: 0.30 m boven wegdek : 70 kg

: 1x = 30 kgm2 : nominaal

wielenlbanden : identiek aan auto aerodvnamica

frontaal oppervlak karakteristieke lengte karakteristieke breedte referentiepunt

: 4.94 m2 : 3.37 m : 1.92 m

: ter plekke van as, op wegdek hoogte

Naast de gebruikelijke controles, zijn een aantal testen uitgevoerd ten behoeve van de validatie van het dynamisch gedrag van de auto-caravan combinatie. Bij deze testen speelt de aerodynamica geen rol.

Er is gekeken naar de voertuig respons op een stapvormige stuurhoek op de voorwielen met een amplitude van 0.01 rad bij een rijsnelheid van 75 km/u. In figuur 13 is de laterale versnelling van het zwaartepunt van de caravan en auto als functie van de tijd geplot. Hierbij valt op dat de beweging van de caravan relatief slecht gedempt is. De frequentie is ongeveer 0.7 Hz.

Dit kan men ook afleiden uit de eigenwaarden van het gelineariseerde systeem, de mode met de laagste demping heeft een frequentie van 0.68 Hz en een dimensieloze dempingsconstante van ongeveer 10%. Dit is geen ongebruikelijke waarde bij deze rijsnelheid; deze getallen zijn in het verleden ook door TNO-WT gevonden bij zijwind experimenten uitgevoerd op auto-caravan combmaties. Bij het toenemen van de rijsnelheid neemt de demping af en kan het systeem insta- biel worden. Voor dit model ligt deze kritieke snelheid op circa 131 km/u.

(34)

TNO-rapport

respons op stapvormige stuur input

2r I I I I , 0 l I I I

-1.4 !

\

I -/

0’ ’ I l I I I I I l I

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

tijd [s]

Fguur 13: Dynamische respons van de auto-caravan combinatie.

3.4 Beoordelingscriteria en simulatie voorbeeld

In het beschreven simulatie model is géén bestuurdersmodel opgenomen. Bij het passeren van de vrachtwagen combinatie worden er dus geen stuursignalen gegenereerd om de koersafwijking te corrigeren. Een belangrijk probleem met bestuurdersmodellen is de onzekerheid omtrent de regelparameters, die de respons van de voertuigcombinatie sterk kan beïnvloeden. Dit zou mogelijk onrea- listische schattingen voor de optredende koersafwijkingen kunnen opleveren.

Om die reden is voor gekozen om het ‘open loop’ gedrag als maatstaf te nemen:

de respons van het voertuig op de zijdelingse verstoringen, waarbij het stuur gefixeerd blijft. Bij het beoordelen van het gedrag van de voertuigcombinatie wordt gebruik gemaakt van de volgende signalen:

l laterale versnelling van het zwaartepunt van voertuigbak en caravan;