Zonder wrijving geen vooruitgang. Dit geldt zeker voor auto’s, die zonder weerstand reddeloos in de slip raken. Maar volgens ir. W.R. Pasterkamp kun je het glijgevaar makkelijk meten met autobanden.
En zijn promotie verliep ook al gladjes.
,,Eureka!”, riep Archimedes tegen zijn bad-eendje. Want zo wordt het ons op school geleerd: wetenschap is een moeizame bezigheid en ontdekkingen doet een wetenschapper dan ook slechts in een onverwachte en zeldzame uitbarsting van genialiteit.
Helaas, het beeld van de oude Griek in een badkuip is niet meer dan een romantisering van de werkelijkheid. Want de meeste wetenschappers zijn lange tijd met hun onderzoek bezig en komen stapje voor stapje dichter bij de waarheid. Zonder al te schokkende ontdekkingen te doen of onoverkomelijke obstakels te overwinnen.
,,Natuurlijk gaat het niet altijd op rolletjes en loop je wel eens te balen, maar waar heb je dat niet? Ik vind die verhalen over tegenslag altijd een beetje overdreven”, zegt ir. W.R. Pasterkamp, vlak voor hij zijn promotieonderzoek afsluit.
,,Het was geen enkel punt om op deze manier vijf jaar door te brengen, leuk toch. Zo’n baantje als dit krijg ik nooit meer. Je hebt verschrikkelijk veel vrijheid, en zolang je maar met een eindproduct komt, mag je bijna doen en laten wat je wilt.”
Pasterkamp heeft zich al die tijd gebogen over de vraag of het mogelijk is de banden van een auto te gebruiken als sensor om de weggesteldheid te bepalen. Regelmatig wordt er op de radio gewaarschuwd tegen ‘glad wegdek bij op- en afritten’. En iedereen die wel eens met ijzel of vorst auto heeft gereden, weet hoe het voelt om plotseling het contact met de weg te verliezen.
Daarom zou het handig zijn de auto uit te rusten met een systeem dat gladheid detecteert. Pasterkamp: ,,Een automobilist die weet dat het glad is, kan adequaat reageren, bijvoorbeeld door minder hard te rijden. Maar je kunt die informatie natuurlijk ook doorgeven aan een voertuigregelsysteem.”
Vlakjes
Een voertuigregelsysteem als ABS, het anti-lock break system, is inmiddels wel ingeburgerd. Maar daar blijft het niet bij, want de auto wordt steeds verder geautomatiseerd. Dus rusten fabrikanten hun bolides uit met vierwielsturing, traction control en FDR-systemen. Al deze elektronica heeft als overeenkomst dat zij de taak van de bestuurder verlicht en het autorijden veiliger maakt. Maar elektronica functioneert niet zonder input. En die input heeft Pasterkamp onderzocht.
,,Het gaat allemaal over wrijving. Men vergeet nog wel eens dat een auto, ondanks V6 en drielitermotor toch nog steeds maar op vier kleine vlakjes rubber staat. De wrijving die de banden ondervinden zorgt ervoor dat een auto niet de bochtuitvliegt”, verduidelijkt Pasterkamp.
,,Er is een aantal methoden bekend om de wrijving tussen band en wegdek te schatten. Je kunt met een optische sensor naar de weg kijken: is het wegdek nat of droog?
Het grote voordeel hiervan is dat deze methode altijd werkt, of je nou stilstaat of rijdt. Maar het is wel vervelend dat je alleen maar kijkt naar factoren die de wrijving tussen band en wegdek beïnvloeden en niet naar het rijden zelf.”
Zo zal een systeem dat met een eenvoudige sensor detecteert of een weg nat is, een plek met modder of bladeren niet als ‘glad’ herkennen. En dus de bestuurder op een cruciaal moment in de steek laten. Een optisch systeem blijft altijd afhankelijk van vooraf ingebrachte parameters. In een onbekende situatie zal een dergelijk systeem het daardoor af laten weten. Nu klinkt dit ernstiger dan het in werkelijkheid is: op bijvoorbeeld een autosnelweg is altijd sprake van min of meer gelijkwaardige omstandigheden. ,,Optische detectie is dan ook niet slecht of verkeerd, maar gewoon een andere methode om naar het probleem te kijken.”
Huid
Pasterkamp kroop dieper in de huid van de auto: ,,Ik heb geprobeerd het probleem zo dicht mogelijk bij het fysisch verschijnsel zelf te benaderen. Dat betekent dat je eigenlijk aan de band wilt meten.”
Jammer genoeg stuit dit op grote bezwaren: een band draait tijdens gebruik en moet ook nog wel eens vervangen worden. Hier aan meten is daardoor lastig.
,,Daarom ben ik naar een alternatief gaan zoeken. Ik heb de krachten en verplaatsingen die in de wielophanging optreden gemeten. En deze vervolgens weer in verband gebracht met de krachten en momenten die door de band gegenereerd worden.”
Dus de theoretische meetresultaten van de band werden vergeleken met de werkelijke metingen aan de wielophanging.
Om aan banden te meten, gebruikte Pasterkamp de zogenaamde bandenmeetwagen. ,,Dit is een grote trailer die achter een vrachtwagen hangt. Onder de trailer kan een extra wiel, het meetwiel, worden aangebracht.”
Met de meetwagen kunnen op echte wegen en met echte banden metingen worden verricht. Dat gebeurt met een speciale meetnaaf, die de bandkracht en het terugstelmoment – zeg maar de neiging om de auto rechtdoor te laten gaan – kan meten.
,,Uit de combinatie van kracht en moment kun je op grond van modelbeschouwingen zeggen wat de wrijvingstoestand en de sliphoek zijn.”
Met behulp van de bandenmeetwagen kon dus worden bewezen dat de gesteldheid van de weg kan worden bepaald, door de wrijving van de band te meten. Overigens moet de wrijving dan wel minstens dertig procent van het maximum bedragen: de auto mag daarom niet stilstaan of langzaam over een B-weg kruipen.
Meekijken
Ruim tweeduizend jaar na zijn bad-experiment weten we nog wie Archimedes was. Heeft dit onderzoek net zo’n impact?
Pasterkamp lacht: ,,Dit is natuurlijk niet de uitvinding van kernenergie ofzo. Mijn onderzoek spitste zich toe op een ergacademisch probleem, op een klein deelgebiedje. Er wordt verschrikkelijk veel onderzoek gedaan aan banden en de veiligheid van auto’s. En ik ben blij dat ik daaraan kan bijdragen. Over de kans op praktische toepassingen durf ik weinig te zeggen. Van concrete belangstelling vanuit de industrie is nu nog geen sprake, maar je weet nooit of het nog eens in een personenauto gebruikt gaat worden. Want iedereen kijkt bij iedereen mee.”
Zonder wrijving geen vooruitgang. Dit geldt zeker voor auto’s, die zonder weerstand reddeloos in de slip raken. Maar volgens ir. W.R. Pasterkamp kun je het glijgevaar makkelijk meten met autobanden. En zijn promotie verliep ook al gladjes.
,,Eureka!”, riep Archimedes tegen zijn bad-eendje. Want zo wordt het ons op school geleerd: wetenschap is een moeizame bezigheid en ontdekkingen doet een wetenschapper dan ook slechts in een onverwachte en zeldzame uitbarsting van genialiteit.
Helaas, het beeld van de oude Griek in een badkuip is niet meer dan een romantisering van de werkelijkheid. Want de meeste wetenschappers zijn lange tijd met hun onderzoek bezig en komen stapje voor stapje dichter bij de waarheid. Zonder al te schokkende ontdekkingen te doen of onoverkomelijke obstakels te overwinnen.
,,Natuurlijk gaat het niet altijd op rolletjes en loop je wel eens te balen, maar waar heb je dat niet? Ik vind die verhalen over tegenslag altijd een beetje overdreven”, zegt ir. W.R. Pasterkamp, vlak voor hij zijn promotieonderzoek afsluit.
,,Het was geen enkel punt om op deze manier vijf jaar door te brengen, leuk toch. Zo’n baantje als dit krijg ik nooit meer. Je hebt verschrikkelijk veel vrijheid, en zolang je maar met een eindproduct komt, mag je bijna doen en laten wat je wilt.”
Pasterkamp heeft zich al die tijd gebogen over de vraag of het mogelijk is de banden van een auto te gebruiken als sensor om de weggesteldheid te bepalen. Regelmatig wordt er op de radio gewaarschuwd tegen ‘glad wegdek bij op- en afritten’. En iedereen die wel eens met ijzel of vorst auto heeft gereden, weet hoe het voelt om plotseling het contact met de weg te verliezen.
Daarom zou het handig zijn de auto uit te rusten met een systeem dat gladheid detecteert. Pasterkamp: ,,Een automobilist die weet dat het glad is, kan adequaat reageren, bijvoorbeeld door minder hard te rijden. Maar je kunt die informatie natuurlijk ook doorgeven aan een voertuigregelsysteem.”
Vlakjes
Een voertuigregelsysteem als ABS, het anti-lock break system, is inmiddels wel ingeburgerd. Maar daar blijft het niet bij, want de auto wordt steeds verder geautomatiseerd. Dus rusten fabrikanten hun bolides uit met vierwielsturing, traction control en FDR-systemen. Al deze elektronica heeft als overeenkomst dat zij de taak van de bestuurder verlicht en het autorijden veiliger maakt. Maar elektronica functioneert niet zonder input. En die input heeft Pasterkamp onderzocht.
,,Het gaat allemaal over wrijving. Men vergeet nog wel eens dat een auto, ondanks V6 en drielitermotor toch nog steeds maar op vier kleine vlakjes rubber staat. De wrijving die de banden ondervinden zorgt ervoor dat een auto niet de bochtuitvliegt”, verduidelijkt Pasterkamp.
,,Er is een aantal methoden bekend om de wrijving tussen band en wegdek te schatten. Je kunt met een optische sensor naar de weg kijken: is het wegdek nat of droog?
Het grote voordeel hiervan is dat deze methode altijd werkt, of je nou stilstaat of rijdt. Maar het is wel vervelend dat je alleen maar kijkt naar factoren die de wrijving tussen band en wegdek beïnvloeden en niet naar het rijden zelf.”
Zo zal een systeem dat met een eenvoudige sensor detecteert of een weg nat is, een plek met modder of bladeren niet als ‘glad’ herkennen. En dus de bestuurder op een cruciaal moment in de steek laten. Een optisch systeem blijft altijd afhankelijk van vooraf ingebrachte parameters. In een onbekende situatie zal een dergelijk systeem het daardoor af laten weten. Nu klinkt dit ernstiger dan het in werkelijkheid is: op bijvoorbeeld een autosnelweg is altijd sprake van min of meer gelijkwaardige omstandigheden. ,,Optische detectie is dan ook niet slecht of verkeerd, maar gewoon een andere methode om naar het probleem te kijken.”
Huid
Pasterkamp kroop dieper in de huid van de auto: ,,Ik heb geprobeerd het probleem zo dicht mogelijk bij het fysisch verschijnsel zelf te benaderen. Dat betekent dat je eigenlijk aan de band wilt meten.”
Jammer genoeg stuit dit op grote bezwaren: een band draait tijdens gebruik en moet ook nog wel eens vervangen worden. Hier aan meten is daardoor lastig.
,,Daarom ben ik naar een alternatief gaan zoeken. Ik heb de krachten en verplaatsingen die in de wielophanging optreden gemeten. En deze vervolgens weer in verband gebracht met de krachten en momenten die door de band gegenereerd worden.”
Dus de theoretische meetresultaten van de band werden vergeleken met de werkelijke metingen aan de wielophanging.
Om aan banden te meten, gebruikte Pasterkamp de zogenaamde bandenmeetwagen. ,,Dit is een grote trailer die achter een vrachtwagen hangt. Onder de trailer kan een extra wiel, het meetwiel, worden aangebracht.”
Met de meetwagen kunnen op echte wegen en met echte banden metingen worden verricht. Dat gebeurt met een speciale meetnaaf, die de bandkracht en het terugstelmoment – zeg maar de neiging om de auto rechtdoor te laten gaan – kan meten.
,,Uit de combinatie van kracht en moment kun je op grond van modelbeschouwingen zeggen wat de wrijvingstoestand en de sliphoek zijn.”
Met behulp van de bandenmeetwagen kon dus worden bewezen dat de gesteldheid van de weg kan worden bepaald, door de wrijving van de band te meten. Overigens moet de wrijving dan wel minstens dertig procent van het maximum bedragen: de auto mag daarom niet stilstaan of langzaam over een B-weg kruipen.
Meekijken
Ruim tweeduizend jaar na zijn bad-experiment weten we nog wie Archimedes was. Heeft dit onderzoek net zo’n impact?
Pasterkamp lacht: ,,Dit is natuurlijk niet de uitvinding van kernenergie ofzo. Mijn onderzoek spitste zich toe op een ergacademisch probleem, op een klein deelgebiedje. Er wordt verschrikkelijk veel onderzoek gedaan aan banden en de veiligheid van auto’s. En ik ben blij dat ik daaraan kan bijdragen. Over de kans op praktische toepassingen durf ik weinig te zeggen. Van concrete belangstelling vanuit de industrie is nu nog geen sprake, maar je weet nooit of het nog eens in een personenauto gebruikt gaat worden. Want iedereen kijkt bij iedereen mee.”
Comments are closed.