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Über dieses Buch

Paul Heimann zeigt wesentliche Vorgänge des Reifen-Fahrbahn-Kontaktes, die das Reifenverhalten bei geringen Geschwindigkeiten prägen. Der Autor leitet hieraus ein vereinfachtes Reifenmodell für die Anwendung im Bereich der Fahrdynamiksimulation ab. Das Modell gewährleistet eine realistische Abbildung jeglicher Betriebszustände in Umfangskraftrichtung eines Reifens ohne das Auftreten von Unstetigkeiten beim Übergang zwischen diesen Zuständen. Durch die Unabhängigkeit der einzelnen Modellteile werden eine effiziente Parametrierung des Modells und die Einbindung mathematischer Kraftmodelle gewährleistet.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Chapter 1. Einführung und Zielsetzung

Durch die Steigerung der Rechenleistung von Computern innerhalb der letzten Jahrzehnte hat auch der Bereich der Simulation erhebliche Fortschritte gemacht. Simulationen kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn die experimentelle Untersuchung realer Systeme zu aufwendig oder gefährlich ist oder das entsprechende reale System noch nicht existiert. Weitere Anwendungsbereiche ergeben sich, wenn das reale System nicht direkt beobachtet werden kann.

Paul Heimann

Chapter 2. Grundlagen der Reifenmodellierung

Die Kraftübertragung zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche basiert grundlegend auf der Reibung zwischen beiden Körpern in der Kontaktfläche [2]. Durch die Wirkung eines Antriebs- oder Bremsmomentes verformt sich der, gegenüber der Fahrbahn wesentlich elastischere, Reifen. Hierbei entsteht eine, der Verformung entgegen gerichtete, Kraft. Werden die lokalen Kräfte in einem Kontaktpunkt zwischen Reifen und Fahrbahn zu groß, kommt es zum Gleiten.

Paul Heimann

Chapter 3. Stand der Forschung

Das Kraftübertragungsverhalten eines Reifens basiert auf einer Vielzahl von Einflussfaktoren. Dies führt zu einer hohen Komplexität bei der Modellierung des Reifens. Gesteigert wird diese dadurch, dass der Reifen nicht als alleinstehendes System, sondern nur in Zusammenhang mit seinem Reibpartner, der Straßenoberfläche, und einem möglicherweise vorhandenen Zwischenmedium betrachtet werden kann.

Paul Heimann

Chapter 4. Analyse der Vorgänge im Reifenlatsch anhand des Bürstenmodells

Die Klärung der Fragestellung nach dem Reifenverhalten bei geringen Geschwindigkeiten und dessen Abbildung in der Simulation erfolgt in dieser Arbeit durch eine detaillierte Betrachtung der Vorgänge in der Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahn. Die Beschreibung der Vorgänge kann prinzipiell auf empirischer Basis, durch eine messtechnische Erfassung, oder durch ein physikalisches Ersatzmodell geschehen. Aufgrund der vielseitigen Wechselwirkungen und Einflussfaktoren sowie der eingeschränkten Möglichkeiten bei der Parametervariation wird in dieser Arbeit der Weg über die Beschreibung durch ein physikalisches Ersatzmodell gewählt. Diese Vorgehensweise erlaubt es zudem, das Systemverhalten physikalischen Modellgrößen zuzuordnen, wodurch Vorteile bei der Parametrierung des Modells entstehen.

Paul Heimann

Chapter 5. Neuartiges Reifenmodell für die Fahrdynamiksimulation

In diesem Abschnitt der Arbeit wird aus denen in Kapitel 4 gewonnen Erkenntnissen ein Reifenmodell für den Einsatz in der Fahrdynamiksimulation entwickelt. Das Modell löst dabei das Problem der Singularität bei einer Geschwindigkeit von null, das bei der herkömmlichen Schlupfdefinition entsteht, vgl. Kapitel 2. Des Weiteren wird das Modell auch im Bereich hoher Geschwindigkeiten nutzbar sein, indem es, dem Verhalten des Bürstenmodells entsprechend, kontinuierlich in das herkömmliche Beschreibungsmodell.

Paul Heimann

Chapter 6. Anwendung des entwickelten Reifenmodells

Die Funktionsweise und Anwendbarkeit im Rahmen der Echtzeitsimulation des in dieser Arbeit entwickelten Reifenmodells wird im Folgenden durch Simulationsrechnungen belegt. Hierzu wird das Reifenmodell mit seinen Teilmodellen für die Zustandsbeschreibung, das Seitenwandmodell und das Kraftmodell in ein Gesamtfahrzeugmodell integriert.

Paul Heimann

Chapter 7. Schlussfolgerung und Ausblick

Die analytischen Untersuchungen zur Ursache der numerischen Probleme im Rahmen der Gesamtfahrzeugsimulation bei geringen Geschwindigkeiten haben gezeigt, dass diese aus der Zustandsbeschreibung des Reifens resultieren. In diesem Zusammenhang wurde deutlich, dass die Systemsteifigkeit bei Verwendung der herkömmlichen Schlupfdefinition mit sinkender Geschwindigkeit stetig zunimmt und für Geschwindigkeiten gegen null gegen Unendlich strebt. Eine Anpassung der Simulationsschrittweite hilft bei Verwendung expliziter Integrationsverfahren, wie sie für die Anwendung im Rahmen der Echtzeitfähigkeit nötig sind, zwar den Bereich der numerischen Stabilität zu erweitern, das eigentliche Problem der zunehmenden Systemsteifigkeit wird hierdurch jedoch nicht behoben.

Paul Heimann

Backmatter

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