Untersuchungen zum Bremsverhalten von PKW-Reifen im Grenzbereich zwischen Nassgriff und Aquaplaning

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Validierung eines Modells für die Beschreibung des Bremsverhaltens von PKW-Reifen im Grenzbereich zwischen Nassgriff und Aquaplaning. Dazu wurden mit verschiedenen Reifenprofilen, Wasserhöhen und Fahrgeschwindigkeiten Bremsversuche an einem Innentrommelprüfstand durchgeführt. Die Ergebnisse der Bremsversuche und die direkte Messung des Fluiddrucks imWasserfilm zwischen Reifen und Fahrbahn haben gezeigt, dass sowohl die Trägheit als auch die Viskosität des Fluids eine entscheidende Rolle bei der Übertragung der Bremskräfte spielen. ... mehrFür die Beschreibung von reinem Aquaplaning existieren bereits Modelle, diese vernachlässigen jedoch in aller Regel die Fahrbahntextur. Bei der hier durchgeführten Modellierung von Wasserhöhen von wenigen Millimetern ist die
Berücksichtigung der Fahrbahntextur zwingend erforderlich. Auf der anderen Seite existieren verschiedene Modelle auf Profilblockebene zur Beschreibung von Gummi-Hysteresereibung auf rauen Oberflächen. Diese berücksichtigen jedoch nicht einen eventuell im Kontakt vorhandenen Wasserfilm. Aus diesen Gründen wird ein neues Modell entwickelt, welches den Einfluss der Wasserfilmhöhe unter Berücksichtigung der Fahrbahneigenschaften, der Gummieigenschaften, des Reifenprofils und der Fahrgeschwindigkeit abbildet. Die Modellbildung erfolgt dabei in drei Schritten. Zunächst wird der Trägheitseinfluss des Wassers in einem eigenen Modell abgebildet. In einem zweiten Modell wird der Einfluss der Viskosität des Fluids über ein phänomenologisches Reibgesetz beschrieben. Beide Modelle werden anhand von Bremsversuchen getrennt voneinander validiert und die Grenzen der Modelle werden diskutiert. Anschließend wird ein Verfahren zur Kopplung der Modelle vorgestellt. Das gekoppelte Modell wird validiert und die bessere Übereinstimmung mit den Messergebnissen demonstriert.

The aim of this thesis is the development and validation of a model for the description of the braking behaviour of passenger car tyres in the borderline area between wet grip and aquaplaning. For this purpose, braking tests were carried out on an internal drum test rig with different tyre profiles, water levels and driving speeds. The results of the braking tests and the direct measurement of the fluid pressure in thewater film between tire and road have shown that both the inertia and the viscosity of the fluid play a decisive role in the transmission of braking forces. ... mehrModels already exist for the description of pure aquaplaning, but they usually neglect the road surface texture. For the modelling of water heights of a few millimetres, which is carried out here, the consideration of the road surface texture is absolutely necessary. On the other hand, various models exist on block level to describe rubber hysteresis friction on rough surfaces. These, however, do not consider a possible water film in the contact. For these reasons, a new model is being developed which shows the influence of the water film height under consideration of the road surface properties, the rubber properties, the tyre profile and the driving speed. The model is developed in three steps. First the inertial influence of the water is mapped in a separate model. In a second model, the influence of the viscosity of the fluid is described using a phenomenological friction law. Both models are validated separately by means of braking tests and the limits of the models are discussed. Subsequently, a method for coupling the models is presented. The coupled model is validated and the better agreement with the measurement results is demonstrated.