Reifenmodelle CDTire

Realitätsnahe und schnelle Berechnungen

Eine Herausforderung der Simulation sind die Reifen, denn sie verhalten sich komplex und nichtlinear. Entweder ist die Berechnung langwierig, rechenintensiv und lässt sich nicht in das Gesamtmodell einfügen oder sie liefert ungenaue Ergebnisse. Das Simulationswerkzeug »CDTire/3D« meistert diesen Spagat.

Reifen realitätsnah abbilden

Lange bevor ein Auto vom Band rollt, testen die Hersteller die Fahrzeug-Designs virtuell. Die Simulation der Reifen ist jedoch eine Herausforderung. Das Tool »CDTire/3D« stellt die Räder realitätsnah dar. Dabei berücksichtigt es die Wärme, die beim Fahren entsteht und die Eigenschaften der Reifen ändert.

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

Es werden folgende Modelle angeboten:

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CDTire/3D

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

© Fraunhofer ITWM
CDTire/ 3D: Functional layer concept

CDTire/3D – Slip Angle Sweep

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

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

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

CDTire/MF++

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

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

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

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

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

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Systemvoraussetzungen

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)

Veröffentlichungen

Jahr Year	Titel/Autor:in Title/Author	Publikationstyp Publication Type
2024	Potentials and Possibilities of Using the Physical Tire Model CDTire/3D in the Derivation of Tire Envelopes in Vehicle Development Calabrese, Francesco; Burkhart, Christoph; Gallrein, Axel; Bäcker, Manfred; Leister, Günter	Konferenzbeitrag Conference Paper
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	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
2017	Einfluss der Dynamik des Füllgases des Reifens auf Betriebszustände Gallrein, A.; Bäcker, M.; Calabrese, F.	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 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	Noise, vibration, harshness model of a rotating tyre Bäcker, M.; Gallrein, A.; Roller, M.	Zeitschriftenaufsatz Journal Article
2016	Simulation des Reifenabriebs zur Bewertung von Nachlauflenkachskonzepten Brand, A.; Bäcker, M.	Konferenzbeitrag Conference Paper
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	Evaluation of different modeling approaches for the tire handling simulations - analysis and results Calabrese, F.; Bäcker, M.; Gallrein, Axel	Konferenzbeitrag Conference Paper
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	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	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.	Bericht Report
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: 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.	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.

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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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