Thermisches Rollwiderstandsmodell fuer Nutzfahrzeugreifen zur Prognose fahrprofilspezifischer Energieverbraeuche

Insbesondere beim Nutzfahrzeug ist der Rollwiderstand der in vielen Fahrsituationen dominierende Fahrwiderstand. Er verursacht einen massgeblichen Anteil am Gesamtverbrauch und den entsprechenden Emissionen. Dennoch wird er in vielen energetischen Betrachtungen bisher nur stark vereinfacht als eine von der Radlast und einer konstanten Reifenmaterialeigenschaft abhaengige Groesse beruecksichtigt. Tatsaechlich ist der Rollwiderstand aber vom komplexen viskoelastischen Materialverhalten des Reifens gepraegt und ist damit insbesondere auch eine vom thermischen Betriebszustand des Reifens abhaengige Groesse. Er aendert sich im Betrieb fortwaehrend in Anhaengigkeit der momentanen Betriebs- und Umgebungsbedingungen. Die vorliegende Arbeit stellt ein thermisches Nutzfahrzeugreifenmodell zur Prognose realer transienter Rollwiderstandsverlaeufe vor. Auf Basis realer Fahrzeugversuche und Rollwiderstandsmessungen auf der Strasse wurde ein teilempirischer Modellansatz entwickelt, der eine realistische Prognose des thermischen Reifenzustandes ermoeglicht. In einem grossangelegten Feldversuch im realen Gueterfernverkehr wurde eine repraesentative Datenbasis der auftretenden Betriebs- und Umgebungsbedingungen und der daraus resultierenden Reifentemperaturverlaeufe geschaffen und ausgewertet. Parallel dazu wurden mit einem Spezialmessfahrzeug Rollwiderstandsmessungen auf realen Fahrbahnen durchgefuehrt. Es wurde das transiente Rollwiderstandsverhalten und das transiente Temperaturverhalten des Reifen in Abhaengigkeit exemplarischer Betriebs- und Umgebungsbedingungen erfasst. Das Rollwiderstandsmodell besteht aus zwei Modulen, einem thermischen Reifenmodell und einem Temperatur-Rollwiderstandsmodell. Das thermische Reifenmodell berechnet transiente Reifentemperaturen. Diese Reifentemperaturen sind dynamische Zustandsgroessen, die das thermische Reifenverhalten in Abhaengigkeit der Betriebs- und Umgebungsbedingungen beschreiben. Das Temperatur-Rollwiderstandsmodell berechnet dann den Rollwiderstand, der mit dem thermischen Reifenzustand korreliert. Beide Module interagieren miteinander. Das validierte transiente thermische Rollwiderstandsmodell wurde in ein Nutzfahrzeugreifenmodell eingebunden und in eine vorhandene Gesamtfahrzeugentwicklungsumgebung integriert. Damit steht ein maechtiges Entwicklungswerkzeug fuer die Identifikation und Quantifizierung von rollwiderstandsrelevanten Einflussgroessen zur Verfuegung. Auf Basis der im Feldversuch ermittelten Fahr- und Beladungsprofile wurden Untersuchungen zum Gesamtfahrzeug-Rollwiderstand durchgefuehrt. In Abhaengigkeit der Betriebs- und Umgebungsbedingungen wurden dynamische Rollwiderstandsverlaeufe prognostiziert und einer detaillierten energetischen Bewertung zugefuehrt. Durch Anwendung des in die Gesamtfahrzeugsimulationsumgebung integrierten thermischen Rollwiderstandsmodells wurden unter anderem repraesentative speditionsspezifische Beladungs- und Fahrprofile bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen ausgewertet oder der Einfluss unterschiedlicher Bereifung auf den realen Streckenverbrauch diskutiert. Des Weiteren wurden ausgewaehlte Ergebnisse aus vorherigen Projekten unter dem Aspekt des Temperatureinflusses auf den Rollwiderstand neu beleuchtet. Die Projektergebnisse zeigen, dass diese frueheren Ergebnisse auch unter dem Aspekt des Temperatureinflusses ihre Gueltigkeit behalten, und dass die theoretischen, anhand stationaerer Betriebspunkte bestimmten energetischen Einsparpotenziale auch im realen Speditionsbetrieb zu Rollwiderstandsminderung und damit zur Verbrauchsminderung fuehren. Insbesondere zeigen die Projektergebnisse die sehr grosse Abhaengigkeit des Rollwiderstands von der Umgebungstemperatur. Die Beruecksichtigung realer Betriebs- und Umgebungsbedingungen auf den thermischen Reifenzustand und die transienten Rollwiderstandsverlaeufe erhoeht die Prognosequalitaet energetischer Bewertungen betraechtlich und erklaert untersuchungsspezifische Mehrverbraeuche von 20% und mehr gegenueber den gewaehlten Referenzszenarien. (A)

  • Availability:
  • Supplemental Notes:
    • Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V. (FAT), gefoerdert durch das Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie. Auftragnehmer: Universitaet Stuttgart, Institut fuer Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen (IVK).
  • Authors:
    • Neubeck, J
    • Krantz, W
    • Wiedemann, J
  • Publication Date: 2017

Language

  • German

Media Info

  • Media Type: Web
  • Features: Appendices; Figures; References; Tables;
  • Pagination: X+92p
  • Serial:
    • FAT-Schriftenreihe
    • Issue Number: 300
    • Publisher: Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V.
    • ISSN: 2192-7863

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01698640
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Feb 18 2019 4:34AM