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Über dieses Buch

In dieser Arbeit wird im Rahmen einer Fahrzeugeigenverschmutzung eine Untersuchung des Tropfenaufwirbelvorganges an einem Reifen mit numerischen und experimentellen Methoden durchgeführt. Zunächst wird die Tropfenentstehung und das Tropfenfeld eines einzelnen Reifens auf einer wasserbeaufschlagten Rolle in einem Windkanal betrachtet. Anschließend wird über einen neuartigen Ansatz der Tropfenaufwirbelvorgang bei einem einzelnen Reifen direkt simuliert und anhand der erzeugten Versuchsergebnisse validiert. Auf Grundlage des somit entstehenden virtuellen Tropfenfeldes wird eine neue, realistischere Tropfenrandbedingung generiert. Diese neue Randbedingung wird in eine Gesamtfahrzeug-Eigenverschmutzungssimulation implementiert, mit einem klassischen Reifen-Spray-Modell nach dem Stand der Forschung verglichen und realen Verschmutzungsbildern aus Windkanalexperimenten gegenübergestellt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung
Die Betrachtung von Verschmutzungsvorgängen der Fahrzeugaußenflächen nimmt in der heutigen Automobilentwicklung eine immer wichtigere Rolle ein. Dies ist neben den allgemein ansteigenden Anforderungen an Neufahrzeuge auf den stetig anwachsenden Einsatz von Fahrerassistenzsystemen zurückzuführen. Die damit zusammenhängenden Kameras und Sensoren können nur bis zu einem gewissen Verschmutzungsgrad ohne Einschränkung arbeiten. Insbesondere durch den absehbaren Trend des autonomen Fahrens wird das Thema in den nächsten Jahren noch an Bedeutung gewinnen.
Veith Strohbücker

Kapitel 2. Stand der Technik und Forschung

Zusammenfassung
Im folgenden Abschnitt wird der aktuelle Stand der Technik und Forschung zum Thema der Fahrzeugeigenverschmutzung dargestellt. In diesem Zuge werden vergangene, relevante Arbeiten zu dieser Thematik aufgeführt. Grundsätzlich ist hierbei zwischen den eigentlichen Verschmutzungsvorgängen als Folge und dem Tropfenaufwirbelprozess als Ursache des gesamten Prozesses zu unterscheiden.
Veith Strohbücker

Kapitel 3. Tropfenaufwirbelvorgang bei einem Fahrzeugreifen

Zusammenfassung
Der Vorgang des Tropfenaufwurfes bei einem Reifen besteht aus mehreren Einzelprozessen. Ausgangslage ist der Abrollvorgang eines Reifens über eine nasse Fahrbahn, bei dem die Reifenoberfläche einen Teil des Fahrbahnwassers aufnimmt. Dieses aufgenommene Wasser unterliegt auf der Reifenoberfläche unterschiedlichen Kräften, die dazu führen, dass das Wasser in Form von kleinen Tropfen an die Umgebung abgegeben wird. Die physikalischen Zusammenhänge und Grundlagen der einzelnen relevanten Teilprozesse dieses Tropfenaufwirbelvorganges werden in dem folgenden Abschnitt vorgestellt.
Veith Strohbücker

Kapitel 4. Experimentelle Untersuchung des Tropfenfeldes eines Einzelreifens

Zusammenfassung
Im folgenden Abschnitt werden die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Versuche vorgestellt. Hierbei wird ein einzelner, rotierender Reifen auf einer wasserbeaufschlagten Rolle im Windkanal messtechnisch untersucht. Das dabei entstehende Tropfenfeld wird über eine Laserebene belichtet und hinsichtlich der Tropfengröße, -anzahl und -geschwindigkeit in unterschiedlichen Messfenstern ausgewertet. Ziel der Versuche ist es, zum einen ein tieferes physikalisches Verständnis des Tropfenaufwirbelvorganges und -entstehungsprozesses aufzubauen. Zum anderen sollen die Einflüsse unterschiedlicher Parameter auf das entstehende Tropfenfeld untersucht werden, um somit eine belastbare Validierungsbasis für die Einzelreifensimulationen zu schaffen.
Veith Strohbücker

Kapitel 5. Numerische Verfahren

Zusammenfassung
Für die Abbildung von Teilvorgängen der Fahrzeugeigenverschmutzung wird in dieser Arbeit auf computergestützte 3D-Strömungssimulationen zurückgegriffen, die auch als CFD-Simulationen (Computational-Fluid-Dynamics) bezeichnet werden. Die Fachliteratur beschreibt zahlreiche numerische Methoden zur Lösung strömungsmechanischer Probleme. Im folgenden Kapitel werden zunächst die gemeinsamen physikalischen Grundlagen und anschließend die spezifischen Funktions- und Arbeitsweisen der beiden in dieser Arbeit verwendeten CFD-Löser vorgestellt.
Veith Strohbücker

Kapitel 6. Numerische Simulation des Tropfenaufwirbelvorganges eines Einzelreifens

Zusammenfassung
Im folgenden Abschnitt werden die Ergebnisse der numerischen Simulation des Tropfenaufwirbelvorganges an einem Reifen vorgestellt. Hierbei wird im Rahmen einer neuartigen CFD-Simulation ein einzelner Reifen über einen Wasserfilm fahren gelassen, um somit durch die Wassermitnahme und den Entstehungsprozess an der Reifenoberfläche ein virtuelles Tropfenfeld zu erzeugen. Auf diese Weise soll eine neue Tropfenrandbedingung für eine Gesamtfahrzeug-Eigenverschmutzungssimulation generiert werden, die gegenüber dem vereinfachendem Reifen-Spray-Modell nach dem Stand der Technik realistischer ist.
Veith Strohbücker

Kapitel 7. Numerische Simulation der Gesamtfahrzeug-Eigenverschmutzung

Zusammenfassung
Im folgenden Abschnitt wird bei einem Volkswagen T5 eine numerische Simulation der Gesamtfahrzeug-Eigenverschmutzung durchgeführt. Hierbei wird zum einen die klassische Tropfenrandbedingung am Reifen nach dem Stand der Forschung verwendet, zum anderen wird eine neue Tropfenrandbedingung betrachtet. Diese neue Tropfenrandbedingung resultiert aus der vorgestellten neuartigen Methode zur direkten Simulation des Tropfenaufwirbelvorganges bei einem Reifen.
Veith Strohbücker

Kapitel 8. Schlussfolgerungen und Ausblick

Zusammenfassung
Das Ziel dieser Arbeit war die experimentelle und simulative Untersuchung des Tropfenaufwirbelvorganges und die Betrachtung seiner Auswirkungen auf das Ergebnis einer Eigenverschmutzungssimulation. Auf diese Weise sollte eine belastbare Simulationsmethodik entstehen, die in der Fahrzeugentwicklung eingesetzt werden kann.
Veith Strohbücker

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