TP5

TEILPROJEKT 5 – CHARAKTERISIERUNG DER GENERISCHEN STRAßENBELASTUNGSKOLLEKTIVE AKTUELLER UND ZUKÜNFTIGER FAHRZEUGPOPULATIONEN

RWTH Aachen - Institute for Automotive Engineering (ika)

director: Prof. Lutz Eckstein
researcher: Jan Friederichs, Bhargava Khandavalli
support: Daniel Wegener, Thomas Böttcher

Research Area

Das straßengebundene Transportsystem lässt sich in die drei Ebenen Verkehr, Bahnführung und Fahrdynamik unterteilen. Das Teilprojekt 5 setzt sich zum Ziel, die Interaktion zwischen Fahrzeug und Fahrbahn umfassend anhand dieser drei Ebenen zu analysieren

Auf der Verkehrsebene wird ein Prognosemodell der Straßenbelastung für aktuelle und zukünftige Fahrzeugpopulationen erstellt. Basierend auf einer zunächst mikroskopischen bzw. fahrzeugindividuellen Betrachtungsweise wird auf einer makroskopischen Ebene (Verkehrsebene) ein Lastdatenkollektiv erzeugt, welches als Eingangsdaten für die weiterführende Straßensimulation genutzt werden kann. Wesentliches Qualitätsmerkmal ist dabei auch die genaue Rückführung der straßenseitigen Effekte auf die Fahrdynamik. Grundlage des Forschungsansatzes bildet die modulare Modellierung der Fahrzeugpopulation als Kombination von Fahrzeugtypen und Reifen, sowie Anregungsprofilen. Diese stützt sich auf die Analyse und Prognose der Fahrzeugpopulation, die detaillierte MKS-Modellierung verschiedener Fahrzeugtypen und Fahrzeugreifen, die Erfassung der Datenunschärfe sowie die Abbildung der Fahrzeug-Straßen-Interaktion.

Die Ebene der Fahrdynamik wird im Wesentlichen durch die Kraftübertragungseigenschaften in der Reifen-Fahrbahn-Kontaktfläche charakterisiert. Diese haben fahrzeugseitig Auswirkung auf die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort sowie fahrbahnseitig auf den lokalen Lasteintrag. Das Teilprojekt setzt sich aufgrund der zum Teil unscharfen, multikausalen Einflussfaktoren zum Ziel, eine Methodik zu entwickeln, mit der die realitätsnahe Interaktion zwischen Fahrzeug und unebener Fahrbahn auf einem Labor-Prüfstand abgebildet werden kann. Damit soll es künftig gezielt möglich werden, unter realistischen Rahmenbedingungen die dynamischen Radlasteffekte auf einem servohydraulischen Prüfstand mit einem stationären Fahrzeugerprobungsträger abzubilden und die Interaktion mit einer beliebigen, virtuellen Straßentextur weiter zu erforschen. Damit wird erreicht, dass Simulationsmodelle in einem effektiven Verfahren validiert werden können.

Auf der Bahnführungsebene sind durch innovative Technologien Rückwirkungen auf den Straßen-Lasteintrag zu erwarten. Abstands- und Spurhaltesysteme werden z.B. die Last-Einwirkzeiten lokal erhöhen. Die Auswirkungen der veränderten Bahnführungscharakteristik soll in einem weiteren Bearbeitungsschritt mittels der Erweiterung eines Verkehrsfluss-Simulationsprogramms um ein Schädigungsmodul zur ganzheitlichen Bewertung der lokalen Straßenbelastung erforscht werden. So können Effekte aus veränderten Geschwindigkeitsprofilen, Straßenführung oder z.B. durch die Nutzung von Spurführungssystemen analysiert werden. In diesem Zusammenhang soll weiterhin mit den von der Projektgruppe bereitgestellten Ergebnissen eine Methode entwickelt werden, mittels derer frühzeitig das Straßenschonungspotential von neuartigen Fahrzeug- und Fahrwerkskonzepten bewerten werden kann. In diesem Rahmen wird ebenfalls analysiert, ob die bisherigen Ansätze zur Bewertung des Zusammenhangs zwischen Radlast und Straßenschädigung weiterhin Bestand haben, bzw. welche Anpassungsmaßnahmen ggf. erforderlich sind.

Basierend auf den in der Forschergruppe erarbeiteten Simulationsmodellen werden abschließend nicht nur Aussagen zur Dauerhaltbarkeit des Straßenoberbaus getroffen. Es soll auch möglich werden, den fahrzeugseitigen Beitrag zum einen qualitativ zu bewerten und zudem Grundlagenwissen für ein straßenschonendes Fahrzeug/Fahrwerk zu generieren. Hierdurch kann das Straßenschonungspotential zukünftiger Fahrzeugtechnologien a priori simulativ quantifiziert werden. Letztendlich wird so insgesamt Wissen bereitgestellt, mit dem eine ganzheitliche, volkswirtschaftliche Technologiebewertung möglich wird.

Goals

• Prognosemodell zur Erstellung generischer Straßenbelastungskollektive aktueller und zukünftiger Fahrzeugpopulationen
• Identifikation der im Reifen-Fahrbahn-Kontakt auftretenden Wirkmechanismen zur Beschreibung des Einflusses auf die Bereiche Straßenschädigung, Fahrsicherheit und Fahrkomfort
• Ermittlung der Interaktion Fahrzeug-Fahrbahn mit einem stationären Fahrzeugerprobungsträger zur Bewertung innovativer Technologien

Load spectrum

•   Load spectrum 21.08.2017

Publications

2023

• Behnke, R.; Kaliske, M., Schuck, B; Stein, M.; Alber, S.; Ressel, W.; Wellner, F.; Leischner, S.; Canon Falla, G.; Eckstein, L.: From the material behaviour to the thermo-mechanical long-term response of asphalt pavements and the alteration of surface drainage due to rutting: a sensitivity study. International Journal of Pavement Engineering 24 (2023) 2247132, doi: 10.1080/10298436.2023.2247132
• Hartung, F.; Friederichs, J.; Eckstein, L.; Kaliske, M.: Experimental and numerical investigation on multiscale hysteresis friction on artificial printed surfaces. Tribology International 177 (2023) 107999, doi: 10.1016/j.triboint.2022.107999
• Liu, P.; Du, C.; Friederichs, J.; Wang, Y.; Hu, J.; Leischner, S.: Multiscale Modeling and Simulation for Asphalt Pavements under Moving Tire Footprint Loads. International Journal of Pavement Engineering 24 (2023) 2154349, doi: 10.1080/10298436.2022.2154349

2021

• Kaliske, M.; Oeser, M.; Eckstein, L.; Leischner, S.; Ressel, W.; Wellner, F.: Coupled System Pavement – Tire – Vehicle: A Holistic Computational Approach. In: Wriggers, P.; Eberhard, P. (Hrsg.): Lecture Notes in Applied and Computational Mechanics, Vol. 96, Springer, Cham, 2021
• Friederichs, J.; Eckstein, L.: Simulation approach for the lateral dynamic driving characteristics with integrated road texture. In: 11th Aachen Colloquium China, Shanghai, 2021
• Friederichs, J.; Eckstein, L.: Enhanced Prediction of the tire-road-interaction by con-sidering the surface texture, In: Chen, X.; Yang, J.; Oeser, M.; Wang, H. (eds.): Func-tional Pavements. CRC Press, Taylor & Francis Group, London, 2021, 308-314, doi: 10.1201/9781003156222

2020

• Friederichs, J.; Wegener, D.; Eckstein, L.; Hartung, F.; Kaliske, M.;  Götz, T.; Ressel, W.: Using a new 3D-print-method to investigate rubber friction laws on different scales. Tire Science and Technology 48 (2020), 250-286
• Khandavalli, G.; Kalabis, M.; Wegener, D.; Eckstein, L.: Potentials of modern active suspension control strategies – From model predictive control to deep learning approaches. In 10^th International Munich Chassis Symposium 2019, Springer Vieweg, Wiesbaden (2020), 179-199

2019

• Winkler, T : Generierung quasi-rollender Prüfstandsanregungssignale für ein gekoppeltes Reifen-Fahrbahn-System, Verlag fka, ISBN-13: 978-3946019268
• Friederichs, J.; Eckstein, L.: Messung des dynamischen Reifenlatsches zur Modellvalidierung der Reifen-Fahrbahn-Interaktion. In: Wellner, F. (ed.): 6. Dresdner Asphalttage, Institut für Stadtbauwesen und Straßenbau, Technische Universität Dresden, 2019, S. 39-54
• Friederichs, J.; Wegener, D.; Eckstein, L.; Hartung, F.; Kaliske, M.;  Götz, T.; Ressel, W.: Using a new 3D-print-method to investigate rubber friction laws on different scales. In: 38th Meeting of the Tire Society, Akron, 2019
• Friederichs, J.; Carillo, C.: Dynamic tire footprint measurements to enhance and validate tire simulation. In: TireTechnology EXPO, Hannover, 2019

2018

• Hartung, F.; Kienle, R.; Götz, T.; Winkler, T.; Ressel, W.; Eckstein, L.; Kaliske, M.: Numerical determination of hysteresis friction on different length scales and comparison to experiments, Tribology International 127 (2018) 165-176; doi: 10.1016/j.triboint.2018.05.018
• Winkler, T.; Wegener, D.; Eckstein, L.: Method development to analyse the vertical and lateral dynamic road-vehicle interaction of heavy duty vehicles. Automotive and Engine Technology 3 (2018) 129-139, doi: 10.1007/s41104-018-0034-z

2017

• Hartung, F.; Kienle, R.; Winkler, T.; Kaliske, M.; Ressel, W.; Eckstein. L.: Numerical and experimental determination of hysteresis friction on different length scales. Wear (eingereicht)
• Kaliske, M.; Oeser, M.; Ressel, W.; Wellner, F.; Eckstein, L.: Advanced Characterization and Modelling of Pavement Surface Texture and Skid Resistance: A Comprehensive Approach Considering Chassis-, Tire- and Pavement Dynamics. In: ISAP Symposium 2017, Washington D.C., 2017
• Winkler, T.; Eckstein, L.: Influence of road characteristics on different dynamic tire model simulations. In: TireTechnology EXPO, Hannover, 2017
• Winkler, T.; Wegener, D.; Eckstein, L.: Improvement of dynamic wheel load prediction by improved test bench tests, WKM Symposium, Braunschweig, 2017
• Winkler, T.; Friederichs, J.; Wegener, D.; Eckstein, L.: Methodenentwicklung zur Übertragung der rollenden Reifeneigenschaften auf einen stationären vertikaldynamischen Achsenprüfstand, VDI Reifen-Fahrwerk-Fahrbahn, Hannover, Oktober 2017, akzeptiert
• Winkler, T.; Friederichs, J.; Wegener, D.; Eckstein, L.: Übertragung rollender Rei-feneigenschaften auf einen stationären vertikaldynamischen Achsenprüfstand. In: 16. Internationale VDI-Tagung Reifen-Fahrwerk-Fahrbahn 2017: 5. VDI-Fachkonferenz Innovative Bremstechnik, VDI-Berichte 2296, VDI Verlag, Düsseldorf, 2017, 135-146, ISBN: 978-3-18-092296-6
• Winkler, T.; Wegener, D.; Eckstein, L.: Determination of vehicle induced road load collectives - simulation methods and challenges. In: BCRRA Pre-Conference Workshop – Modelling and Testing of the Vehicle-Tire-Pavement System, Athen, 2017

2016

• Harris, M.; Eckstein, L: Estimating Tyre Characteristics and Tyre Model Parameters. In: 4^th International Tyre Colloquium, University of Surrey, Großbritannien, 2016
• Winkler, T.; Vemireddy, K.; Eckstein, L.: Efficient MBS-modelling of commercial vehicle for vertical dynamics and handling simulations. In: chassis.tech.plus, München, 2016

2015

• Winkler, T.; Vemireddy, K.; Eckstein, L.: Analyse der Einflussfaktoren auf die Lastdatenermittlung bei der Simulation von schweren Nutzfahrzeugen. In: Wellner, F. (ed.): 4. Dresdner Asphalttage, Institut für Stadtbauwesen und Straßenbau, Technische Uni-versität Dresden, 2015, S. 107-116