Orodje za modeliranje pnevmatik glede na toplotni vpliv

Orodje za modeliranje pnevmatik glede na toplotni vpliv

Proizvajalci izvajajo virtualne teste modelov vozil, veliko preden prvi avtomobil zapelje s tekočega traku. Simulacija pnevmatik je kljub temu ostala izziv. Programsko orodje »CDTire/3D« raziskovalcev Fraunhoferja zdaj realistično modelira kolesa. Programska oprema upošteva toploto, ki nastane med vožnjo in kako se spreminjajo lastnosti pnevmatik .

Vozilo dirka po neravnih ulicah, ropota po kamnih, trka po luknjah in drsi po poledenelih cestah. A seveda le virtualno, saj je še daleč od izdelave. Pri avtomobilih in neravnih testnih cestah so simulacije na prvem mestu. Kako operativno stabilno je vozilo? Ali dizajn zagotavlja, kar obljublja? Te vrste virtualnih eksperimentov ponujajo nekaj prednosti: različne različice motornega vozila je mogoče preizkusiti že v zgodnji fazi razvoja, bodisi avtomobil, tovornjak ali traktor, in načrtovanje sistematično optimizirano – brez prototipov.

Kompleksni izračuni za simulacijo pnevmatik

Sama simulacija avtomobila je dobro razumljena. Vendar pa pnevmatike ostajajo izziv, ker se obnašajo kompleksno, nelinearno . Izračun je bodisi zelo zategnjen, računalniško intenziven in ga ni mogoče zlahka vključiti v celoten model ali pa daje nenatančne rezultate. Raziskovalci na Fraunhoferjevem inštitutu za industrijsko matematiko ITWM v Kaiserslauternu so razvili simulacijsko orodje, imenovano “CDTire/3D”, ki premaga to dilemo. “ Uporabili smo tehnologijo, da bi našli dobro ravnovesje med časom računanja in natančnostjo ,« pravi dr. Manfred Bäcker, vodja simulacije pnevmatik in vozil pri ITWM. Raziskovalci bodo programsko opremo predstavili na sejmu v Hannovru v skupni stojnici Fraunhofer »Simulation«, ki se nahaja v Hali 7 od 13. do 17. aprila 2015.

Znanstveniki preslikajo lastnosti pnevmatike v model strukturne lupine. 'Namesto da bi ga preslikali kot volumetrični model, predstavljamo pnevmatiko kot lupino – in to prihrani veliko časa za simulacijo , vendar še vedno upošteva vse lastnosti,« pojasnjuje Bäcker. Prvič, raziskovalci izračunajo posamezne lupine za vsak funkcionalni sloj prave pnevmatike: eno za vsak sloj jeklenega pasu, eno za plast pokrova itd. Te nato združijo v eno samo lupino. Kaj je posebnega: model upošteva tudi stransko steno . V običajnih simulacijah morajo proizvajalci avtomobilov popolnoma na novo prilagoditi parametre takoj, ko spremembe širine pnevmatik v simulaciji ali tlaka v pnevmatikah se razlikuje.



'Popolnoma smo ločili geometrijo od lastnosti materiala, tako da lahko spremenite geometrijo pnevmatike, ne da bi morali z njo uskladiti računalniški model.' To cenijo tudi proizvajalci avtomobilov. Simulacija je že v uporabi po vsem svetu, tudi pri Toyoti in Daimlerju .

Poleg tega znanstveniki zdaj v simulacijo vključijo temperaturo . To je pomembno, ker se pnevmatika med vožnjo dinamično deformira in ker zavore oddajajo toploto. Zaradi tega se pnevmatika segreje – in s tem se spremenijo njene lastnosti. Raziskovalci najprej shranijo rezultate iz CDTire/3D v temperaturni model. Nato s pomočjo teh izračunov simulirajo, kako toplota potuje v pnevmatikah, in končno rezultate povežejo nazaj v strukturni model. Švicarska ekipa Formule-1 Sauber želi v prihodnosti uporabiti temperaturni model za njihovo izdelavo dirkalni avtomobili hitreje v zavojih.

'Ker je sistem modularno zgrajen, lahko temperaturni model povežemo s katerim koli simulacijskim orodjem, ki ga želite,' pravi raziskovalec. Posledično ga je mogoče povezati tudi z orodjem “CDTire/Realtime”. To programsko opremo je mogoče uporabiti tudi na primer pri načrtovanju elektronski nadzorni sistem, kot je elektronski program stabilnosti ali na kratko ESP. Če avtomobil začne izgubljati oprijem ali zdrsniti, ESP selektivno aktivira zavore posameznih koles. CDTire/Realtime teče v realnem času – tako kot orodje za izračun temperature, čeprav do zdaj le na večjih računalnikih v laboratoriju.

V prihodnosti, CDTire/Realtime bo mogoče uvesti z uporabo mikrokrmilnikov, nameščenih v avtomobilu za povečanje natančnost ESP med vožnjo. Bäcker predvideva, da bo do takrat še trajalo približno eno do dve leti.