Wie kommt der Autoreifen in den Rechner? Aus der Sicht eines MKS-Berechners...

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1 Wie kommt der Autoreifen in den Rechner? Aus der Sicht eines MKS-Berechners... Prof. Dr.-Ing. Dirk Adamski Department für Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau HAW Hamburg 3. Norddeutsches Simulationsforum [Hankook] [Cosin]

2 Was soll der Reifen im Rechner? Fahrdynamik [Simondahn] Fahrkomfort Betriebsfestigkeit [Geof] [Daimler]

3 Das Reifenmodell Reifen sind in MKS-Simulationsprogrammen Kraftelemente Position und Orientierung des Radmittelpunktes werden durch die Radaufhängungskinematik bestimmt Kräfte und Momente zwischen Reifen und Fahrbahn müssen abgebildet werden stationäres Verhalten kann durch Kennlinien/Kennfelder abgebildet werden sehr schnelle Modelle (Rechenzeit) instationäres Verhalten muss durch komplexere Modelle abgebildet werden benötigen i.d.r. sehr viel Rechenzeit Umfangreiche Messungen zur Identifizierung der Modellparameter notwendig

4 Welches Reifenmodell soll es denn sein? Welcher Frequenzbereich soll in welcher Raumrichtung abgebildet werden? Ist die Fahrbahn eben oder uneben? Welche Wellenlänge der Fahrbahn soll abgebildet werden? Müssen Einzelhindernisse (Kanaldeckel, Schiene, ) abgebildet werden? Ist das Deformationsverhalten des Reifens wichtig? Muss der Reifen auf die Felge durchschlagen können? (Misuse) Muss der Reifen abheben können? Muss Stillstand berücksichtigt werden? Fahrbahndefinition, Rechenzeit, Kosten, Support, Dokumentation, Messaufwand, Anbindung an das Simulationsprogramm,

5 Modellkomplexität Modellkom mplexität Magic Formula Pacejka Rigid Ring- und Bürsten-Modelle Lumped Mass Modelle FEM-Modelle Akustik Karosseriesteifigkeit Fahrkomfort Lebensdauer Fahrstabilität Fahrdynamikregelsysteme Fahrdynamik 3 Hz 10 Hz 30 Hz Frequenz nach [M. Meywerk, CAE-Methoden in der Fahrzeugtechnik]

6 Charakteristik eines Reifens Beispiel: Längskräfte bei Radlastvariation [Leister, Fahrzeugreifen und Fahrwerkentwicklung]

7 Das magische Reifenmodell Magic Formula von H.B. Pacejka Approximation des Reifenverhaltens durch Annäherung von Formfaktoren einer Arctan-Funktion y = D sin Y ( X ) [ C arctan{ Bx E( Bx arctanbx) }] = y ( x ) + S v y Y x = X + S H S H Y: Ausgabegröße F X, F Y oder M Z X: Eingangsgröße (tan α oder λ) B: Steifigkeitsfaktor D arctan ( BCD) C: Formfaktor D: Maximalwert E: Krümmungsfaktor S H : horizontales Offset S V x X S V : vertikales Offset

8 Das magische Reifenmodell Magic Formula von H.B. Pacejka Beispiel: Variation von B (Steifigkeitsfaktor) C=2 D=1 E= B = y x

9 Lumped Mass Modelle (konzentrierte Massen) Beispiel RMOD-K 6 [RMOD-K]

10 Lumped Mass Modelle (konzentrierte Massen) Implementierungen FTire Prof. Michael Gipser, Hochschule Esslingen Vertrieb durch cosin scientific software cosin.eu RMOD-K 7 Prof. Christian Oertel FH Brandenburg Vertrieb durch T-Systems Enterprise Services GmbH rmod-k.com

11 Integration eines Reifenmodells in eine MKS-Simulationsumgebung Beispiel Simpack und FTire

12 Reifenmessungen Test Trailer TU Delft / TNO Aussentrommelprüfstand ika Aachen Flachband IABG Innentrommelprüfstand TU Karlsruhe

13 Reifenmessungen Parameteridentifikation Fitting der Reifenmodellparameter an Prüfstandsmessungen [Schmid, A. und Förschl, S., Vom realen zum virtuellen Reifen ]

14 Reifenmessungen Prozess Reifenprüfstand Messungen (Rohdaten) Messungen (aufbereitet) n.i.o. i.o. Reifenmodelldatensatz (vorläufig) Parameteridentifikation Messungs- Rechnungsvergleich Reifenmodelldatensatz (final) Simulation Reifenprüfstand Simulationsergebnisse (Rohdaten) Simulationsergebnisse (aufbereitet)

15 Reifenmessungen Es lebe die Vielfalt... Projektpartner Messung der Schräglaufsteifigkeit auf den beteiligten Prüfständen Im TIME-Projekt wurde von versucht mit einer Charge gleicher Reifen auf verschiedenen Prüfständen nach vorher vereinbarten Messprozeduren identische Ergebnisse zu erzielen. Im TMPT-Projekt wird seit 2003 versucht, eine verbesserte Messprozedur zu definieren.

16 Weg 1: Tuning Man nehme: Wie kommt der Autoreifen in den Rechner? Prof. Dr.-Ing. Dirk Adamski Gibt es Hoffnung? Wege aus dem Dilemma... ein Referenzfahrzeug und ein dazu passendes validiertes Modell ein zu untersuchender Reifensatz auf das Referenzfahrzeug montieren und definierte Straßenmessungen durchführen Reifenmodellparameter so lange tunen, bis die vereinbarten Fahrzeuggrößen mit der Messung übereinstimmen Das Modell kann für die definierte Klasse von Manövern verwendet werden Nachteil Der Reifen muss existieren... [Bosch]

17 Gibt es Hoffnung? Wege aus dem Dilemma... Weg 2: Referenzreifen Es wird ein Referenzverhalten des Reifens definiert (Lastenheft), der unabhängig von der tatsächlichen Ausführung eines Zielreifens ist Es muss ein Toleranzband für die Abweichungen vom Sollzustand definiert werden, welches mit untersucht werden muss Vorteil Es können bereits sehr früh Aussagen zum Sollfahrzeugverhalten gemacht werden Nachteil Aufgrund der großen Varianz des Reifens (verschiedene Reifenhersteller, Fertigungstoleranzen) ist auch nur eine ebenso varianzreiche Aussage zu erwarten

18 [Cosin] Wie kommt der Autoreifen in den Rechner? Prof. Dr.-Ing. Dirk Adamski Rolling Home...