Einsatz eines Reifensensors zur Optimierung des Reifenentwicklungsprozesses

Abstract

Tires form the sole contact between vehicle and road, therefore influencing vehicle dynamics significantly with their specific characteristics. Braking performance is one of the key requirements, which have to be tested and ensured during the tire development process. This is generally accomplished by conducting braking maneuvers with the target vehicle, yet this rather investigates the tire as part of an overall system and not the tire’s properties themselves. In order to gain a deeper understanding of the tire characteristics responsible for braking performance, it is therefore necessary to utilize a method, which provides the quantifiable characteristic values described below, while also taking into account relevant external influences. These tire characteristics are investigated with two different measurement methods and subsequently divided into steady-state and dynamic values. Concerning steady-state tire behavior, force–slip curves measured by both a skid trailer as well as a test vehicle are of particular importance. Considering their specific features, characteristic values describing steady-state tire behavior such as slip stiffness and maximum friction coefficient can be derived from these curves. Dynamic tire behavior during braking maneuvers is investigated by means of accelerometers fixed to the inner liner of tires. Specifically, the shape of the contact patch and the transition from adhesion to sliding, which can be detected by the accelerometers, are identified as relevant characteristics and correlations to the steady-state properties are analyzed. For these investigations the MF tire model, the tire brush model and the LuGre tire model are utilized. For the derivation of steady-state and dynamic characteristic values external influencing factors have to be regarded. These include tire temperature, velocity level, road surface, ABS control system, brake system, and the interaction between vehicle and tire. By integrating this method into the tire development process, an integrated evaluation of tires regarding their braking performance may be accomplished.

Der Reifen mit seinen charakteristischen Eigenschaften beeinflusst als einziges Bindeglied zwischen Fahrzeug und Fahrbahn maßgeblich das Fahrverhalten. Hierbei ist das Bremsverhalten eine Kernanforderung, welche im Reifenentwicklungsprozess abgeprüft und sichergestellt werden muss. Dies erfolgt in der Regel mithilfe eines Bremsmanövers auf dem Zielfahrzeug, wodurch jedoch der Reifen als Teil eines Gesamtsystems und nicht der Reifen selbst betrachtet wird. Für eine weitergehende Analyse bedarf es daher einer Methodik, welche die für das Bremsverhalten verantwortlichen Reifencharakteristiken im Detail analysiert. Dies ermöglicht es, quantifizierbare Kennwerte abzuleiten und zudem alle äußeren Einflüsse zu berücksichtigen. Die Reifencharakteristiken werden in stationäre sowie dynamische Charakteristiken unterteilt und mit zwei verschiedenen Messmethoden untersucht. In Bezug auf das stationäre Reifenverhalten ist vor allem die Umfangskraft-Schlupfkurve von Bedeutung, die unter anderem durch einen Messanhänger oder ein Versuchsfahrzeug bestimmt werden kann. Anhand des Verlaufs dieser Kurve können beispielsweise die Steifigkeit und die maximale Kraftübertragung von Reifen als spezifische Kennwerte abgeleitet werden, welche das stationäre Reifenverhalten beschreiben. Das dynamische Reifenverhalten wird mithilfe von auf dem Innerliner angebrachten Beschleunigungssensoren während Bremsmanövern mit einem Versuchsfahrzeug untersucht und analysiert. Dabei werden vor allem die Aufstandsflächenform und der durch die Sensoren identifizierbare Übergang von Haften zu Gleiten im Kontaktgebiet als bedeutende Eigenschaften betrachtet. Hierfür werden Kennwerte beschrieben und Korrelationen zum stationären Reifenverhalten hergestellt. Für diese Analysen werden zudem das Magic Formula Reifenmodell, das Bürstenmodell und das LuGre Reibungsmodell verwendet. Die Ableitung der stationären und dynamischen Reifenkennwerte erfolgt jeweils unter Berücksichtigung relevanter äußerer Einflussgrößen. Diese umfassen die Reifentemperatur, das Geschwindigkeitsniveau, die Fahrbahnoberfläche, das ABS-Regelsystem, das Bremssystem und die Interaktion zwischen Fahrzeug und Reifen. Durch die Anwendung dieser Methodik im Entwicklungsprozess soll eine umfassende Bewertung von Reifen im Hinblick auf ihr Bremsverhalten ermöglicht werden.