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Ein Softwareprogramm für die Vorhersage der Rutschfestigkeit

Dr. Malal Kane stellt das Softwareprogramm IFSTTAR vor, mit dem sich die Rutschfestigkeit eines Reifens auf einer vorgegebenen Straßenoberfläche vorhersagen lässt.

Welchen Hintergrund hat Ihre Präsentation?
Die Rutschfestigkeit ist einer der wichtigsten Parameter der Reifenleistung, aber die Physik dahinter ist extrem komplex, da dieses Phänomen durch zahlreiche zusammenhängende Faktoren beeinflusst wird. Beispielsweise hängt die Rutschfestigkeit genauso von der Struktur des Straßenbelags ab wie vom rheologischen Verhalten des Reifengummis.

Außerdem wirkt Wasser auf der Straße wie ein Schmiermittel, wodurch die physikalische Modellierung sehr komplex wird. Ich werde ein neues Vorhersageprogramm für die Reifen-Straße-Rutschfestigkeit präsentieren, das auf der Modellierung des dynamischen viskoelastischen Rau-Geschmiert-Kontakts beruht.

Erzählen Sie uns mehr über dieses Vorhersageprogramm.
Das Programm, das wir entwickelt haben, ist eines der vollständigsten seiner Art, weil es alle Parameter berücksichtigt, die sich auf die Betriebsbedingungen von Reifen, Straße und Kontakt beziehen. Auf Seiten des Reifens berücksichtigt es Reifengeometrie (Breite, Felgendurchmesser, Flankenhöhe, Reifenprofil und -tiefe), Luftdruck und Gummimaterial (Viskoelastizität). Letzteres wird mit einem rheologischen Modell simuliert.

Auf Seiten der Straße wird die Oberflächenstruktur über die Oberflächentopographie berücksichtigt. Durch die Modellierung der Kontaktfläche modelliert das Programm die Bedingungen bei trockenem und nassem Zustand über die Tiefe, Viskosität und Dichte des Schmiermittels. Die Betriebsbedingungen werden über Last, Geschwindigkeit und Schlupfverhältnis des Reifens berücksichtigt.

Für die Validierung des Programms haben wir mit einem Pkw Bremsversuche bei unterschiedlicher Geschwindigkeit auf nassen Straßen mit verschiedenen Strukturen durchgeführt. Es hat korrekt vorhergesagt, wann die Räder den Grip verlieren würden, sowohl mit aktivem als auch mit deaktiviertem ABS. Der Trend der Ergebnisse bei Nässe ähnelte dem, den wir in Experimenten bei Trockenheit gesehen haben. Es lässt sich also sicher schlussfolgern, dass das Programm mit nassen und trockenen Straßen arbeiten kann.

Wir haben das Programm so entwickelt, dass seine Fähigkeiten über die Rutschfestigkeit hinausreichen. Bei einer Schlupfrate von 0 % kann es auch den Rollwiderstand vorhersagen, und wenn man den Programmcode so erweitert, dass die Kontaktparameter in Beziehung zu Daten über das Airpumping gesetzt werden, kann man mit dem Programm sogar das Straßengeräusch vorhersagen. Dadurch ist es ein komplettes Oberflächendesignprogramm für Straßenbauer und die Straßensicherheit. Unser Programm könnte besonders im Zusammenhang mit den autonomen Fahrzeugen der Zukunft von großem Nutzen sein, da es den Fahrzeugalgorithmen ermöglicht, bei der Berechnung des Sicherheitsabstandes und der möglichen Fahrmanöver den verfügbaren Grip zu berücksichtigen.

Wie können Straßenbauer und Reifenhersteller dieses Programm nutzen?
Als Simulationsprogramm kann die Software Straßenbauer dabei unterstützen, Aggregattypen zu wählen und die Deckschicht der Straßen zu konzipieren. Es kann ihnen dabei helfen, die richtige Struktur zu erreichen, mit der ihre Zielvorgaben für die Rutschfestigkeit erfüllt werden. Reifenhersteller können mit diesem Programm die Rutschfestigkeit ihrer Reifen auf einer vorgegebenen Straßenoberfläche optimieren. Wenn sie die Struktur der Oberfläche kennen, können sie anstelle von physikalischen Versuchen mit unterschiedlichen Gummiformulierungen Simulationen durchführen, um die Gummiformulierung mit der besten Leistung zu bestimmen.

Wie geht es bei dieser Forschung weiter?
Wir werden unser Programm Akademikern, Reifenherstellern und Straßenbauern zur Verfügung stellen. Es ist bereits ausgereift genug für den Einsatz in der Forschung, aber wir hoffen, es mit den Rückmeldungen dieser Personengruppen weiter verbessern zu können. Wir möchten die Software insbesondere in zwei Bereichen noch verbessern. Die erste Herausforderung besteht in der Verfeinerung der Berechnungen, mit denen die lokalen Verformungen des Reifenprofils durch raue Stellen der Straßenoberfläche mit dem hydrodynamischen Auftrieb durch Wasser gekoppelt werden. Die zweite Herausforderung ist die Beschleunigung der Berechnungen. Dazu möchten wir das Modell möglichst weit vereinfachen und das bedeutet, dass wir Finite-Elemente-Berechnungen vermeiden werden, die sehr zeit- und ressourcenintensiv sind.

Die Präsentation von Dr. Kane ist Teil des Themenbereichs Reifentechnologie für die Fahrzeugrevolution an Tag 2 der Konferenz. Sehen Sie sich hier das gesamte Programm an.

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