FOR 2089

Multikriterielle Bewertung und Auslegung der Fahrbahndeckschicht als Interaktionspartner des Reifens

Ziel der Forschergruppe (FOR 2089), eine Kooperation aus fünf Instituten aus Dresden, Stuttgart und Aachen, ist die Bereitstellung der Grundlagen für die Entwicklung dauerhafterer Fahrbahnen durch eine gekoppelte Betrachtung des Straße-Reifen-Fahrzeug Systems. Das ika legt dabei den Fokus auf die Betrachtung der fahrzeuginduzierten Fahrbahnbelastung sowie der Interaktion zwischen Reifen und Fahrbahn.

Ein wesentlicher Arbeitspunkt des Vorhabens ist die Erforschung der Fragestellung, ob die Erweiterung von bestehenden Reifenmodellen um ein Modul zur Berücksichtigung der Fahrbahn-Mesorauigkeit eine verbesserte Korrelation zu realen Versuchsdaten ermöglicht. Derzeitige Fahrzeugsimulationsansätze betrachten zur Beschreibung der Kraftübertragung zwischen Fahrbahn und Reifen nur die Fahrbahn-Makrorauigkeit (Wellenlängen > Latschfläche bzw. Unebenheitshöhen >> 1 mm). Effekte der Makrorauigkeit beeinflussen die Zustandsgröße Radlast, wohingegen Effekte der Mesorauigkeit zusätzlich auch auf die Druckverteilung im Latsch einwirken. Da die Reifenmodellbedatung durch Messungen auf einer ebenen Prüfstandsoberfläche (Trommel oder Flachbahn) geschieht, reale Fahrbahnen jedoch höchst unterschiedliche Mesorauigkeiten aufweisen können, ist von einer deutlichen Unschärfe bei der Prognose des Fahrverhaltens auszugehen. Da insbesondere der maximale Kraftschluss und somit u.a. auch die Seitenführungskraft durch die Mesorauigkeit abgesenkt werden, sind diese Effekte besonders relevant im Sinne der Fahrsicherheit.

Neben dem Fahrbaren Reifenprüfstand (FaReP) hat das ika hausintern Zugriff auf einen hochdynamischen Flachbahn-Reifenprüfstand (MTS Flattrac CT+). Dieser soll dazu genutzt werden, Reifendaten zu ermitteln, mit denen FTire-Reifenmodelle parametriert werden. Diese geben neben der Gesamtkraft auch die lokalen Vertikal- und Horizontalkräfte im Reifenlatsch aus, welche in bisherigen Studien noch nicht auf dieser Detaillierungsstufe validiert wurden. Hierzu wird auf dem Prüfgelände des ATCs eine spezielle Messtechnik installiert, die aus 40 Kraftmessstempeln mit einer Kantenlänge von ca. 8 mm besteht und genaue Aussagen über die Kontaktkräfte in allen drei Raumrichtungen liefern kann. Dazu wird der Sensor mit dem FaReP überrollt, wodurch es im Vergleich zum Fahrversuch möglich ist, den Betriebspunkt des Reifens exakt einzustellen. Die ermittelten Druck- und Scherspannungsverteilungen werden neben der exakten Geometrie des Reifens in den Parametrierungsprozess der Reifenmodelle integriert.

Es werden mit dem gleichen Reifen Messungen auf dem ATC-Prüfgelände mit dem FaReP durchgeführt, bei denen neben den vertikalen Radlasten auch die Längs- und Querkräfte in verschiedenen Reifenbetriebszuständen auf unterschiedlichen Fahrbahnoberflächen bestimmt werden können. Von den Fahrbahnen werden ebenfalls die Oberflächen hochgenau gescannt und eine ergodische Ersatzstraße ohne periodische Ereignisse extrapoliert, sodass die Simulationen und Realversuche vergleichbar werden. Erst durch die Validierung dieser neuen Diskretisierungsstufe wird es möglich werden, mittels einer Fahrdynamiksimulation zugleich Aussagen über Straßenbelastung, Reibwert und Rollwiderstand bis hin zu einer mehrdimensionalen Belastung einzelner Körner zu generieren.