Methode zur Ermittlung optimaler Rad- und Reifendimensionen in der frühen Entwicklungsphase von Personenkraftwagen

Neben den Eigenschaften anderer Fahrzeugkomponenten trägt die Ausprägung der funktionalen Eigenschaften eines Reifens wesentlich zum Gesamtfahrzeugverhalten hinsichtlich Energieeffizienz, Fahrdynamik und Komfort bei. Die in vorhergehenden Arbeiten vorgestellte Reifenentwicklung auf Basis von „Functional Tyre Characteristics“ (FTC) ermöglicht die Beschreibung des Reifenverhaltens anhand objektiver, an Prüfständen messbarer Größen. Die Dimensionen von Rad und Reifen werden bereits in der frühen Entwicklungsphase eines neuen Fahrzeugkonzepts festgelegt und haben unmittelbare Auswirkungen auf die verschiedenen FTC. ... mehrZur langfristigen Erreichung der jeweiligen Anforderungen sind Kenntnisse über die vorliegenden Wechselwirkungen sowie Methoden zur Erarbeitung belastbarer Konzeptentscheidungen erforderlich.

Hierfür werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Methoden entwickelt, welche die statistische Prognose realisierbarer FTC-Bereiche für beliebige Dimensionskombinationen von Rad und Reifen bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen ermöglichen. Hierbei werden zum einen die Messdaten vergangener Reifenentwicklungen auf Basis linearer Regressionsmodelle analysiert und die Regressionsparameter der einzelnen Wirkzusammenhänge hinsichtlich Richtung, Stärke und physikalischen Ursachen interpretiert. Zur Berücksichtigung nichtlinearer Zusammenhänge werden die vorliegenden Messdaten darüber hinaus durch Künstliche Neuronale Netze (KNN) genähert.

Die KNN werden daraufhin in eine bereits vorhandene Software zur Visualisierung von Lösungsräumen eingebunden. Damit können Dimensionsbereiche von Rad und Reifen ermittelt werden, welche die spezifischen Anforderungen beliebiger Anwendungsfälle bestmöglich erfüllen. Die genaue Vorgehensweise wird abschließend am Beispiel realistischer Randbedingungen und Anforderungen eines Mittelklassefahrzeugs veranschaulicht, wobei die verfügbaren Lösungsräume hinsichtlich Rad- und Reifendimension eingegrenzt werden.

In addition to other vehicle components, the functional properties of a tyre contribute significantly to the achievement of the overall vehicle targets in terms of energy efficiency, driving performance and comfort. The tyre development based on “Functional Tyre Characteristics” (FTC) is presented in previous works and enables the objective description of the tyre behavior based on test bench measurements. The rim and tyre dimensions are already defined in the early development phase of a new vehicle and have a direct impact on the several FTC. In order to achieve the respective requirements in the long term, knowledge about the relevant interactions as well as methods for elaboration of reliable concept decisions are needed. ... mehr

In the context of the present thesis methods are developed, which allow the statistical estimation of feasible FTC ranges for any combination of rim and tyre dimension under different operating conditions. Therefore, measurement data of previous tyre developments are statistically analyzed using linear regression models, whereby both, direction and magnitude of the individual influences are interpreted with regard to their physical root causes. In order to take non-linear relationships into account, the measurement data is also approximated by Artificial Neural Networks (ANN).

Following this, the ANN are integrated into an existing software for visualization of solution spaces. In this way, optimal ranges of rim and tyre dimensions to fulfill the specific requirements of specific use cases can be determined. Finally, the procedure is exemplarily illustrated with realistic boundary conditions and requirements of a mid-size car. The possible rim and tyre dimensions are identified by consideration of the restrictions requested within the different vehicle characteristics.