Beobachtung und Modellierung lokaler Phänomene im Reifen-Fahrbahn-Kontakt

Autor: Gunnar Simon Gäbel

ISBN: 978-3-941416-29-1

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2009

Herausgeber der Reihe: Jörg Wallaschek

Band-Nr.: IDS 05/2009

Umfang: 147 Seiten, 85 Abbildungen

Schlagworte: Reifenprofilblock, Kontakt, Gummireibung

Kurzfassung: In der Kontaktzone zwischen Reifen und Fahrbahn müssen sämtliche Kräfte übertragen werden, die für eine sichere Fahrzeugführung erforderlich sind. Der dynamische Kontakt einzelner Laufflächenelemente mit der rauen Fahrbahn führt zu Strukturschwingungen des Reifenkörpers und somit zu ungewollten Reifenrollgeräuschen, wobei die Körperschallübertragung in den Fahrzeuginnenraum das subjektive Komfortempfinden vermindert. Gleitreibungsphänomene in der Bodenaufstandsfläche stellen einen zusätzlichen Anregungsmechanismus für Reifenstrukturschwingungen dar und führen neben einer Verminderung der maximal übertragbaren tangentialen Kontaktkräfte zu Abriebphänomenen, wobei feinste Materialpartikel in die Umwelt emittiert werden. Die Materialdämpfung der verwendeten Gummimaterialien führt zu energetischen Verlusten, die im Fall einer Gefahrenbremsung zwar gezielt genutzt werden, im normalen Fahrzustand jedoch zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und somit zu einem erhöhten Wert von Kohlenstoffdioxid-Emissionen führen. Um die Wechselwirkung zwischen Reifen und Fahrbahn wissensbasiert optimieren zu können, ist die Erweiterung des Verständnisses lokaler Kontaktphänomene und ihrer Wechselwirkung unabdingbar. Der Profilblock ist die einzige Reifenkomponente mit direktem Kontakt zur Fahrbahn und ist deshalb von besonderem Interesse. Die genaue Kontaktsituation zwischen Profilblock und Fahrbahn ist sehr komplex und daher noch nicht im Detail bekannt. In der vorliegenden Arbeit werden Ergebnisse experimenteller Kontaktuntersuchungen dargestellt und anhand von Modellvorstellungen erklärt. Neben der Untersuchung der wahren Kontaktfläche werden die lokalen Belastungen in der Kontaktzone und die resultierenden nichtlinearen Kontaktsteifigkeiten analysiert und interpretiert. Die Beschreibung der beobachteten Kontaktphänomene gelingtmit einem Bettungsmodell, wobei sich über eine Modellvalidierung eine hinreichend gute Übereinstimmung zwischen Berechnungsergebnissen und experimentellen Resultaten ergibt. Es wird eine Modellerweiterung vorgestellt, die den bedeutenden Einfluss des großen Skalenbereichs an Oberflächentexturwellenlängen auf die lokale Kontaktsituation aufzeigt. Die Untersuchung von Gleitreibphänomenen einzelner Profilblöcke im Kontakt mit realen Fahrbahnoberflächen gelingt mit einem Tribometerversuchsstand. Es wird der Einfluss einer großen Anzahl von Kontaktparametern auf die resultierende stationäre und instationäre Reibungscharakteristik diskutiert.