Erklärungen zur ZWARP Technologie

Rad, Reifen und Fahrbahn

Einleitung

Die Kontaktfläche zwischen Fahrzeug und Fahrbahn hat die Größe eines Fußballdrucks - und überträgt die Umfangs- und Führungskräfte von leistungsstarken, hochdynamisch gefahrenen PKW.

Die Radbezogenen Komponenten des Fahrwerks- also reifen, Räder, Radnaben und –lager- sind hochbeanspruchte sicherheitsrelevante Bauteile, die unmittelbar und ungefedert im Lastpfad angeordnet sind. Die heutigen Reifenquerschnitte führen zu einem beeindruckenden Seitenkraftpotenzial, aber speziell bei Reifen mit integrierten Notlaufeigenschaften – auch zu einer ausgeprägten Vertikalsteifigkeit, die für eine zusätzliche Kraftwirkung sorgt. Gleichzeitig ist gerade das Raddesign ein wesentliches Differenzierungsmerkmal für die gestalterische Wirkung des Fahrzeugs und deshalb nicht zwangsläufig gewichts- oder festigkeitsoptimiert ausgeführt.

Vor dem Hintergrund dieser vielschichtigen Anforderungen an Funktionalität und sicherere Lebensdauer sind die radbezogenen Komponenten seit vielen Jahren ein Schwerpunkt des Fraunhofer LBF. Ausgehend von den Aktivitäten in der Räderprüfung mit den ersten ZWARP-Laborprüfeinrichtungen in den 1980er Jahren sind Ingenieure und Wissenschaftler des Fraunhofer LBF mittlerweile in vielfältige Entwicklungs- und Erprobungsaktivitäten eingebunden.

Messräder

Die direkte Messung von Radkräften und –momenten erfolgt mit Radlastsensoren (Messrädern), die auf Prüfstrecken wie auch auf öffentlichen Straßen eingesetzt werden. Das Fraunhofer LBF unterstützt die komplette messtechnische Fahrzeugausrüstung mit eigenen Messrädern für Pkw und schwere Nfz, begleitet die Fahrbetriebsmessungen und führt anschließenden Datenanalysen durch.

Reifen CDTire

Für MKS-Gesamtfahrzeuganalysen- auch für das Befahren virtueller Prüfstrecken – stellt das Fraunhofer LBF die vollständige Familie der CDTire Reifenmodelle zur Verfügung. Die Entwicklung der numerischen Reifenmodelle sowie deren Laufzeitoptimierung, der auch die Charakterisierung von ausgeführten Reifen erfolgt direkt durch eine Expertengruppe des Fraunhofer LBF. In diesen Prozess ist die experimentelle Identifikation von Reifenparametern eingebunden, die mit dem Fraunhofer LBF zur Verfügung stehenden Messeinrichtungen auch große Deformationen des Reifenlatsches umfassen.

Numerische Betriebsfestigkeitsanalyse von Rädern und Radnaben

Die Werkzeuge zur numerischen Simulation des Systems Rad/Reifen werden durch LBF® WheelsStrength komplettiert. Mit Schnittstellen zu den weltweit am häufigsten eingesetzten FEM Codes lässt sich diese Software zur numerischen Betriebsfestigkeitsanalyse von Rädern und Radnaben in bestehenden CAE-Umgebungen integrieren und bietet leistungsfähige Features, z.B. physikalische Reifenübertragungsfunktionen oder die automatische Berechnung der notwendigen Schwingfestigkeit für den Knoten des Simulationsmodells

Betriebslastensimulation von Rädern und Radnaben im Labor

Für die experimentelle Erprobung von Rädern und Radnaben bietet das Fraunhofer LBF die weltweit größte Anzahl zweiaxialer Laborptüfeinrichtungen für Pkw und Nfz. Die Methoden der kollektivbasierten Betriebslastsimulation sind hier in besonders effektiven, zeitverkürzten Lastprogrammen umgesetzt. Damit werden in wenigen Tagen die Beanspruchung eines ganzen Fahrzeuglebens dargestellt und in die statistische Absicherung mit einem wirtschaftlichen Stichprobenumfang gewährleistet.

Die neueste Entwicklung in der Prüftechnik des Fraunhofer LBF in eine besonders flexibel positionierbare Parallelkinematik (Hexapod), die in Verbindung mit einer leitungsstarken Antriebseinheit auch die Erprobung der radintegrierten Elektromobilität erlaubt. Damit können Leistungen und Funktionen von Radnabenmotoren bei gleichzeitig wirksamen äußeren Kräften aus Fahrmanövern oder Schlechtweganregung in einer Laborumgebung getestet werden.