Reifenmodelle CDTire

CDTire unterstützt als Bestandteil moderner MKS-Programme den/die Entwicklungsingenieur:in in fast allen Analyseszenarien. Besonderes Augenmerk auf die Gürteldynamik und Interaktion mit 3D-Fahrbahnoberflächen erlaubt eine gute Vorhersagegenauigkeit – sowohl der transienten Amplituden als auch im Frequenzbereich, ohne dabei statische und stationäre Reifeneigenschaften zu vernachlässigen.

Während der Vollfahrzeug-, Achs- oder Prüfstandssimulation mit PKW-, LKW-, Nutzfahrzeug- oder Motorrad-Reifen werden dabei die Radnabenkräfte und -momente auf jedes Rad, sowie die Kontaktkräfte auf die Fahrbahn berechnet. Neben den 3D-Fahrbahnoberflächen können auch Prüfstandsanregungen mit bis zu sechs Richtungen pro Reifen modelliert werden.

CDTire biete als Softwaretool eine Familie von Reifenmodellen mit unterschiedlicher Modellierung von Gürtel, Seitenwand und Lauffläche, um für verschiedene Anwendungen eine optimale Mischung aus Genauigkeit und rechnerischem Aufwand anzubieten. Der Reifeninnendruck kann pro Reifen angegeben und bei einigen MKS-Programmen auch während der Simulation verändert werden.

Unsere CDTire Tool Chain

CDTire Tool Chain
© Fraunhofer ITWM
CDTire Tool Chain

Es werden folgende Modelle angeboten:

  • Vollständig physikalische Schalenmodellierung für Gürtel und Seitenwand
  • Separate Modellierung aller funktionalen Elemente eines modernen Stahlgürtelreifens
  • Beinhaltet spezielle Modellierung von Karkasse, Bandage, Stahlgürtellagen, und Lauffläche
  • Ähnliche Deformationseigenschaften wie detaillierte FEM-Reifenmodelle
  • Spezielle Modellierung des Gürtel-Seitenwand-Felgenkontaktes beim Felgendurchschlag
  • Kontaktsimulation über Bürstenmodell
  • Vollständig skalierbar in räumlicher Auflösung und funktionalen Eigenschaften
  • Temperaturmodell und Reifenkavitätsmodell zuschaltbar
  • Ermöglicht Innendruck-Variationen während der Anwendung bis zu totalem Druckverlust
  • Anwendbar auf beliebigen 3D-Fahrbahnen
  • Adaptierbar auf Motorradreifen
CDTire/ 3D: Cleat run
© Fraunhofer ITWM
CDTire/ 3D: Cleat run
CDTire/ 3D: Functional layer concept
© Fraunhofer ITWM
CDTire/ 3D: Functional layer concept

CDTire/3D – Slip Angle Sweep

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Slip Angle Sleep von -15 Grad bis 15 Grad: Hier visualisieren wir die Dynamik der Auflagefläche und die Verformung der Reifenstruktur mit unserer CDTire-Modellsuite.

CDTire/Realtime
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CDTire/Realtime
  • Flexible massenbehaftete Gürtelmodellierung
  • Skalierbare Gürteldiskretisierung
  • Kontaktsimulation über Bürstenmodell
  • Echtzeitfähig
  • Geeignet für alle Anwendungen von Ride/Komfort bis zu Betriebsfestigkeit
  • Genauigkeit für Frequenzen bis 150 Hz
  • Anwendbar auf kurzwelligen Fahrbahnen in Fahrtrichtung wie Schlagleiste, Schlagloch und 2D-Fahrbahnen

CDTire/Realtime – Betrieb am Simulator

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Virtuelles Reifen Fast Prototyping: Hier setzen wir CDTire/Realtime und CDTire Tool Chain im Fahrsimulator RODOS ein.

  • ist eine um die Temperaturabhängigkeit erweiterte Magic Formula zur Kopplung mit CDTire/Thermal
  • basiert auf Pacejka 2002 mit Relaxationslängenkonzept
  • enthält zusätzlich ein empirisches Modell zur Prädiktion der Reifenaufstandsfläche für unterschiedliche Fahrzustände
  • enthält Formelerweiterungen in faktorieller Form zur Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit
  • kann Standard MF Parametersätze als Basis für die Temperaturerweiterung benutzen

CDTire/Thermal
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CDTire/Thermal
  • ist ein detailliertes thermodynamisches Modell zur Simulation der Temperaturentstehung und Temperaturausbreitung im Reifen
  • basiert auf einer Beschreibung durch finite Volumen
  • hat eine räumliche, frei skalierbare Auflösung in Umfangs- Querschnitts- und Dickenrichtung
  • verfügt über eine automatische Vernetzung basierend auf der Querschnittskontur
  • ist echtzeitfähig mit einem Echtzeitfaktor kleiner 0.1
  • ist einfach zu parametrisieren
  • kann mit den CDTire-Submodellen CDTire/3D, CDTire/MF++ und CDTire/Realtime gekoppelt werden

CDTire/NVH
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CDTire/ NVH: Mode shape
  • ist eine Software-Toolbox zur Ableitung eines linearen Reifenmodells und basiert auf dem rollenden, abgeplatteten Reifenzustand von CDTire/3D
  • kann für Modalanalysen und den Import des linearen Modells in gängige NVH-Tools benutzt werden
  • kann die Straßenanregung alternativ über ein lokal aufgelöstes Kontaktmodell oder eine Poster-Anregung realisieren
  • kann alternativ direkt die Übertragungsfunktionen im Frequenzbereich exportieren

CDTire – Typische Applikationen

  • Komfortuntersuchungen auf digitalisierten Fahrbahnen oder diskreten Hindernissen (Schwellen)
  • Lebensdauervorhersage auf digitalisierten Fahrbahnen
  • NVH Gesamtfahrzeuganalysen im Zeit- und Frequenzbereich
  • Parkmanöver mit Fokus auf Lenkmoment
  • Prüfstandssimulation mit fahrbahngeführten Anregungen in allen 6 Richtungen pro Reifen
  • Fahrdynamikuntersuchungen auf flacher und rauer Fahrbahn
  • Aktive Sicherheit (ABS, ESP,…)
  • Variation des Reifeninnendrucks
  • Sonderereignisse mit Felgendurchschlag (auch mit flexibler Felge)
  • Echtzeitanwendungen wie MIL, SIL, HIL

CDTire – Parameter und Parameteridentifikation

Parameter-Identifikations-Tool CDTire/PI
© Fraunhofer ITWM
Parameter-Identifikations-Tool CDTire/PI

Um einen real existierenden Reifen durch CDTire darzustellen, müssen entsprechende Modellparameter angepasst werden. Dazu werden sowohl zugängliche Reifenkonstruktionsdaten wie auch Reifenmessungen verwendet.

In dem Parameter-Identifikations-Tool CDTire/PI wurde der gesamte Parametrierungsprozess über eine GUI-gestützte Softwarelösung abgebildet. Dieser Prozess beinhaltet:

  • den Import der entsprechenden Messdaten verschiedener Formate
  • das automatische Aufsetzen und die Durchführung der entsprechenden Reifensimulationen
  • die vergleichende Bewertung zwischen Messung und Simulation über visuelle Inspektion und die Verwendung verschiedener Vergleichsmaße
  • automatische Parameteroptimierung durch verschiedene Optimierungsverfahren

Jede CDTire-Distribution enthält als Standardsatz die Parameterdateien eines 195/65 R15 Reifens.
Zusätzlich bietet das Fraunhofer ITWM die Parameteridentifikation als Dienstleistung an.

CDTire – Fahrbahnmodelle

CDTire Surface Viewer
© Fraunhofer ITWM
CDTire Surface Viewer
CDTire – Fahrbahnmodelle
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CDTire – Fahrbahnmodelle

Die Fahrbahnmodelle von CDTire beschreiben die Fahrbahnhöhe z und den lokalen fahrbahnseitigen Reibbeiwert als Funktion globaler x-y Koordinaten im Fahrbahnkoordinatensystem. Dieses Koordinatensystem kann ggf. über einen assoziierten Bodenkörper beliebig dynamisch bewegt werden.

Folgende Modelle stehen zur Verfügung:
 

RSM 1000
Parametrische Hindernisse und 3D digitalisierte Fahrbahnen im einfachen ASCII-Format

RSM 1002
Trommelmodell (auch für Achsen)

RSM 1100
Anwenderprogrammierte Fahrbahn

RSM 2000

3D digitalisierte Fahrbahnen mit ggf. parametrierten Hindernissen, optimiert für sehr große Datenmengen

RSM 3000

OpenCRG-Format

CDTire/Legacy

  • CDTire20
  • CDTire30
  • CDTire40
  • CDTireMC (Motorrad-Reifenmodell)

Die alten CDTire Submodelle werden weiterhin unterstützt aber nicht mehr weiterentwickelt.

CDTire30 kann direkt durch die Offline-Variante von CDTire/Realtime ersetzt werden.

CDTire40 kann weitestgehend durch CDTire/3D adaptiert werden, indem die materielle Seitenwand durch das entsprechende analytische Membranmodel von CDTire40 ersetzt wird.

CDTireMC kann ebenfalls aus CDTire/3D erzeugt werden, indem die motorradtypischen Stahlgürtelkonstruktionen abgebildet werden.

Systemvoraussetzungen und Veröffentlichungen

Unterstützte Simulationsplattformen:

  • LMS Virtual.Lab Motion
  • MSC.ADAMS
  • SIMPACK
  • Altair MotionSolve
  • MATLAB & Simulink

Unterstützte Betriebssysteme:

  • Windows (32-bit und 64-bit)
  • Linux (32-bit und 64-bit)

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2022 Tire Model to Feature Multi Body Simulation Based NVH Assessment of a Car Including Air Cavity Effects
Kindt, Peter; Petry, Frank; Barbaglia, Giulio; Uil, Rutger; Milata, Michal; Uhlar, Stefan; Kunicky, Zdenek; Bäcker, Manfred; Gallrein, Axel; Calabrese, Francesco
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Hardware-in-the-Loop-Simulation mit erweiterten physikalischen Reifenmodellen zur virtuellen Erprobung von Steuergeräten
Bilgic Istoc, Sami; Bäcker, Manfred; Calabrese, Francesco; Burkhart, Christoph; Hagemann, Lorraine
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Virtual Tire Design/Assessment in the Early Vehicle Development Process
Calabrese, F.; Bäcker, M.; Gallrein, A.; Ran, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Exploring Simulator Technology for Tire Development
Calabrese, F.; Bäcker, M.; Gallrein, A.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 Hardware and Virtual Test-Rigs for Automotive Steel Wheels Design
Rovarino, D.; Actis Comino, L.; Bonisoli, E.; Rosso, C.; Venturini, S.; Velardocchia, M.; Bäcker, M.; Gallrein, A.
Bericht
Report
2020 A Methodology for Automotive Steel Wheel Life Assessment
Rovarino, D.; Actis Comino, L.; Bonisoli, E.; Rosso, C.; Venturini, S.; Velardocchia, M.; Bäcker, M.; Gallrein, A.
Bericht
Report
2019 Virtual tire pre-development using the CDTire model suite
Rutger, U.; Petry, F.; Calabrese, F.; Bäcker, M.; Gallrein, A.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2019 Managing the variety of potential tire / wheel sizes in the early vehicle development process
Calabrese, F.; Dusini, L.; Bäcker, M.; Gallrein, A.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2018 Simulation of Dynamic Gas Cavity Effects of a Tire under Operational Conditions
Gallrein, A.; Baecker, M.; Guan, J.
Bericht
Report
2017 A tire model based on geometrically exact shells for modal analysis in steady state rolling
Roller, M.; Gallrein, A.; Linn, J.; Betsch, P.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 SIMULATION - Simulation of a tire blow-out in a full vehicle scenario
Calabrese, F.; Bäcker, M.; Gallrein, A.; Leister, G.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Parameter-Identifikation eines thermo-mechanischen Reifenmodells basierend auf Flachbahn-Messungen
Calabrese, F.; Ludwig, C.; Bäcker, M.; Gailrein, A.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Dynamic simulation of the inflation gas of a tire under operational conditions
Gallrein, A.; Bäcker, M.; Calabrese, F.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Einfluss der Dynamik des Füllgases des Reifens auf Betriebszustände
Gallrein, A.; Bäcker, M.; Calabrese, F.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 A study of parameter identification for a thermal-mechanical tire model based on flat track measurements
Calabrese, F.; Ludwig, C.; Bäcker, M.; Gallrein, A.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 An enhanced tire model for dynamic simulation based on geometrically exact shells
Roller, M.; Betsch, P.; Gallrein, A.; Linn, J.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2016 Extrapolation of rolling resistance for truck tires from specific load cases to vehicle usage in the field
Halfmann, T.; Steidel, S.; Gallrein, A.; Dreßler, K.; Pasalkar, V.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Simulation des Reifenabriebs zur Bewertung von Nachlauflenkachskonzepten
Brand, A.; Bäcker, M.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Noise, vibration, harshness model of a rotating tyre
Bäcker, M.; Gallrein, A.; Roller, M.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2016 Simulation of a sudden tire inflation pressure loss in a full vehicle context as a validation scenario for CAE based ESC development
Bäcker, M.; Gallrein, A.; Calabrese, F.; Mansvelders, R.
Bericht
Report
2016 Prediction of rolling resistance and tread wear of tires in realistic commercial vehicle application scenarios
Steidel, S.; Halfmann, T.; Bäcker, M.; Gallrein, A.
Bericht
Report
2015 A Method to Combine an MBD Tire Model with a Thermo-dynamical one to improve the accuracy in the tire simulations
Calabrese, Francesco; Bäcker, Manfred; Gallrein, Axel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2015 Evaluation of different modeling approaches for the tire handling simulations - analysis and results
Calabrese, F.; Bäcker, M.; Gallrein, Axel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2015 An enhanced tire model for dynamic simulation based on geometrically exact shells
Roller, Michael; Betsch, Peter; Gallrein, Axel; Linn, Joachim
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2015 From road excitation to spindle forces in frequency domain: Linearization of the rolling tire
Baecker, M.; Gallrein, A.; Roller, M.
Bericht
Report
2015 NVH model of a rotating tire
Bäcker, M.; Gallrein, A.; Roller, M.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2014 An advanced flexible realtime tire model and its integration into fraunhofer's driving simulator
Gallrein, A.; Baecker, M.; Burger, M.; Gizatullin, A.
Bericht
Report
2014 On the use of geometrically exact shells for dynamic tire simulation
Roller, M.; Betsch, P.; Gallrein, A.; Linn, J.
Aufsatz in Buch
Book Article
2014 Real-time technologies in driving dynamics performance simulation through full vehicle multibody, 1D chassis subsystems and tire modeling integration
Cibrario, V.; Bäecker, M.; Cuyper, J. de; Donders, S.; Toso, A.; Prescott, W.; Gallrein, A.; Gizatullin, A.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2013 Structural MBD tire models: Evolving from spindle load to deformation measurements
Gallrein, A.; Bäcker, M.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2013 On the use of geometrically exact shells for dynamic tire simulation
Roller, M.; Betsch, P.; Gallrein, A.; Linn, J.
Bericht
Report
2013 On the use of geometrically exact shells for dynamic tire simulation
Roller, M.; Betsch, P.; Gallrein, A.; Linn, J.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2013 On the use of geometrically exact shells for dynamic tire simulation
Roller, M.; Betsch, P.; Gallrein, A.; Linn, J.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2013 Integration eines detaillierten, flexiblen Reifenmodells in den Fraunhofer Fahrsimulator
Burger, M.; Bäcker, M.; Gallrein, A.; Kleer, M.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2013 Structural MBD tire models: Closing the gap to structural analysis - History and future of parameter identification
Gallrein, A.; Baecker, M.; Gizatullin, A.
Bericht
Report
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

This list has been generated from the publication platform Fraunhofer-Publica

Gallrein, A., Bäcker, M.: Structural MBD Tire Models: Evolving from Spindle Load to Deformation Measurements, in: Proceedings of ECCOMAS Multibody Dynamics 2013.

Gallrein, A., Bäcker, M.: CDTire: State-of-the-Art Tire Models For Full Vehicle Simulation, Americas HyperWorks Technology Conference, 2012.

Baecker, M., Gallrein, A., Hack, M., Toso, A.: A Method to Combine a Tire Model with a Flexible Rim Model in a Hybrid MBS/FEM Simulation Setup, SAE Int. SP-2307, 2011-01-0186, 2011.

Baecker, M., Gallrein, A., Haga, H.: A Tire Model for Very Large Tire Deformations and its Application in Very Severe Events, SAE Int. J. Mater. Manuf. 3(1): 142-151, 2010.

M. Baecker, A. Gallrein, H. Haga: Simulating Very Large Tire Deformations with CDTire, SAE 2009-01-0577, 2009.

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H. Haga: Development of Tire Model for Large Input Force, JSAE 20095684, 2009.

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H. Haga: Evaluation of Road Load Simulation on Rough Road Using Full Vehicle Model (Second Report), 2008 JSAE Annual Autumn Congress Proceedings, No.123-08 p.23-26 (2008).

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