Entwicklung eines Simulationsmodells für Rennreifen zur Anwendung für Fahrzeughersteller im Motorsport
An Rennreifen werden im Motorsport extreme Anforderungen gestellt. Während eines Rennens erfahren sie durch Beschleunigung, Bremsen, hohe Endgeschwindigkeiten und Kurvenfahrten bei hohen Geschwindigkeiten große Lasten, wie zum Beispiel Vertikal-, Longitudinal- und Lateralkräfte, ausgeprägte Gleitzonen in ihrer Bodenaufstandsfläche und Temperaturschwankungen. Die Art und Weise der Aufnahme aller Lasten durch den Reifen beeinflusst die Handhabung des Fahrzeugs und damit die erzielte Rundenzeit signifikant.
Die Rennwagenkonstrukteure können durch Einstellungen am Fahrzeug die auftretenden Reifenlasten gezielt beeinflussen. Für die Fahrzeughersteller ist es wichtig, das Verhalten eines Rennreifens in vordefinierten Situationen simulieren zu können. Das Simulationsmodell für Rennreifen ist notwendig, damit erstens eine bessere Kenntnis über das Reifenverhalten erlangt und zweitens eine optimale Fahrzeugeinstellung gewählt werden kann.
Im Zuge dieses Projekts wird ein Simulationsmodell eines Rennreifens entwickelt. Der Simulationsalgorithmus soll für die folgenden Anforderungen geeignet sein
- Verhalten eines Rennreifens im Hochgeschwindigkeitsbereich (vmax>200km/h)
- Kurvenfahrt des Rennreifens unter verschiedenen Geschwindigkeiten und Fahrzeugeinstellungen
- Prognose der Reifentemperaturen
- Echtzeitberechnung des Reifens an der Rennstreckern
Zu Beginn des Projekts wird das Reifenmodell entwickelt. Die Geometriedaten des Reifenquerschnitts, die Materialeigenschaften der Elastomere und der Faserverstärkungen sowie die Geometriedaten der Felge stellt der Projektpartner in digitaler Form zur Verfügung.
Auf Grundlage dieser Daten wird zunächst ein axialsymmetrisches Simulationsmodell entwickelt, welches später auf ein 3D Modell erweitert wird. Dieses Modell wird genutzt um erste Reifenanalysen unter Geschwindigkeiten bis zu 100km/h durchzuführen.
In der ersten Projektphase wird ausschließlich elastisches Materialverhalten berücksichtigt. In den beiden weiteren Projektjahren soll eine Simulation des stationär rollenden Reifens bei Hochgeschwindigkeit entwickelt werden, welche die viskoelastischen Materialeigenschaften und eine thermo-mechanische Kopplung berücksichtigt.
Die Grundlage für die stationäre Rollsimulation wird eine Arbitrary Lagrangian Eulerian Formulierung sein. Abschließend soll die Entwicklung einer echtzeitfähigen Berechnung des Reifenverhaltens auf der Rennstrecke erfolgen. Hierzu werden Methoden der Antwortflächenapproximation, wie zum Beispiel Neuronale Netze, genutzt.