Neue Testmöglichkeiten im National Tire Research Center (NTRC) definieren die Möglichkeiten für Reifendesign und virtuelle Fahrzeugentwicklung neu
Die Automobilindustrie unterliegt einem beispiellosen regulatorischen Wandel, und diese neue Realität führt zu einer intensiven Nachfrage nach bahnbrechenden Reifendesigns, die sowohl für die Sicherheit als auch für den Kraftstoffverbrauch optimiert sind. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, benötigen die OEMs eine ebenso revolutionäre Prüftechnologie.
Deshalb erwarten die Direktoren des National Tire Research Center (NTRC) in Alton, Virginia, das im Januar 2013 eröffnet wird, dass die Einrichtung das neue Zentrum für Reifentests wird.
Ausgestattet mit den Talenten und Werkzeugen, die Erstausrüster benötigen, um Fahrzeug- und Reifendesigns schnell und präzise auf bemerkenswerte neue Weise zu optimieren, wird das NTRC eine exklusive Erfahrung bieten, die die Regeln für Reifentests und virtuelle Fahrzeugentwicklung neu schreiben könnte.
„Am ehesten kann man es mit der Umstellung von Bias auf Radial vergleichen“, so Jonathan Darab, Betriebsleiter des NTRC. „Es war einfach ein riesiger Sprung, sowohl in Bezug auf die Technologie, die zur Herstellung der Reifen verwendet wird, als auch in Bezug auf die Leistung der Reifen selbst. So sehe ich unsere Möglichkeiten.“
Wenn sie mit einem hohen Maß an Genauigkeit und Wiederholbarkeit durchgeführt wird, ist die virtuelle Fahrzeugentwicklung eines der wichtigsten Werkzeuge, die OEMs nutzen können, um sichere, leistungsstarke und kraftstoffeffiziente Fahrzeuge zu entwickeln und sie schnell auf den Markt zu bringen. Der Haken an der Sache ist jedoch, dass die Laborausrüstung eine Vielzahl von Betriebsbedingungen und Fahrereignissen replizieren muss. Je komplexer die Fahrzeugkonstruktionen werden, desto anspruchsvoller wird dies.
Eines der besten Beispiele für diesen Effekt ist der Federal Motor Vehicle Safety Standard (FMVSS) Nr. 126, der vorschreibt, dass alle Pkw, Mehrzweck-Pkw und Lkw bis 2013 mit einem zulässigen Gesamtgewicht von 10.000 Pfund oder weniger mit einer elektronischen Stabilitätskontrolle (ESC) ausgestattet sein müssen. Der Test nach FMVSS 126 erfordert die Nachbildung eines bestimmten Fahrereignisses: der doppelte Spurwechsel, der auftritt, wenn ein Fahrer in eine Richtung ausweicht, um eine Kollision zu vermeiden, und dann gegensteuert, um das Fahrzeug nach rechts zu lenken – eine häufige Ursache für Überschläge.
„Im Moment gibt es kein Reifentestsystem, das das 126-Manöver im Labor genau nachbilden kann“, so Darab. „Um sicherzustellen, dass neue Designs den Test bestehen, müssen Fahrzeug-OEMs und Reifenhersteller Daten extrapolieren, die auf anderen ähnlichen Ereignissen basieren. Anstatt also 95 Prozent Zuversicht zu haben, dass ein neues Modell bestehen wird, sind sie eher 80 Prozent zuversichtlich.“
Dieser Kompromiss erfordert von den OEMs eine andere Abstimmung des Fahrzeugs, um bestimmte Frequenzschwellen zu vermeiden, sowie eine Ergänzung der virtuellen Entwicklung durch zeitaufwendige und teure physische Tests. Wenn ein OEM-Produkt die FMVSS 126-Prüfung nicht besteht, nachdem das Fahrzeug bereits in Produktion ist, drohen natürlich hohe Bußgelder, was sicherlich ein Albtraum für die Öffentlichkeitsarbeit wäre.
Bald werden die OEMs jedoch eine neue Möglichkeit haben, dieses Problem zu lösen: indem Sie das NTRC besuchen und Zeit auf einem neuen Reifentestsystem buchen, das von der MTS Systems Corporation mit Hauptsitz in Eden Prairie, Minnesota, entworfen und entwickelt wurde.
Das NTRC wird ein komplettes Angebot an fortschrittlichen Reifentests zur Unterstützung der Forschung und Entwicklung von globalen Fahrzeug- und Reifenherstellern anbieten. Es befindet sich vollständig im Eigentum von Virginia Tech (VT) und wird von dieser betrieben. Es ist eng mit dem Southern Virginia Vehicle Motion Laboratory (SoVa Motion) verbunden, einer VT-Forschungseinrichtung, die sich der virtuellen Fahrzeugentwicklung durch innovative Testverfahren widmet.
| Da das NTRC die umfassendste und leistungsfähigste Einrichtung seiner Art sein will, möchte es Reifenprüfmöglichkeiten bieten, die OEMs nirgendwo sonst in den USA oder sogar weltweit finden können. | |
| Dies veranlasste das NTRC zur Zusammenarbeit mit MTS, dem Hersteller der Flat-Trac-Reifenprüfsysteme, die seit mehr als 30 Jahren der Industriestandard für die Messung von Kräften und Momenten auf flachen Oberflächen sind. Nach der Zusammenarbeit mit dem NTRC bei den Systemanforderungen entwickelte MTS das Flat-Trac LTRe, ein Reifentestsystem, das exklusive Funktionen bietet und eine fortschrittliche virtuelle Entwicklung unterstützt. |  |
„Die Spezifikationen der Maschine wurden so gewählt, dass sie alle Fahrmanöver nachbilden, die ein Pkw- oder Leicht-Lkw-Reifen in der realen Welt erleben wird, einschließlich des 126-Manövers“, so Darab. „Deshalb haben wir u. a. auf 90°/s Schlupf und 38°/s Sturzwinkel bestanden. Wir wollten sicherstellen, dass 95 Prozent der OEM-Produkte auf dieser Maschine getestet werden können.“
Das Besondere am Flat-Trac LTRe ist ein von MTS entwickelter elektrischer Permanentmagnetmotor, der als Spindel-Drehmomentantrieb des Systems dient. Dieser Motor liefert die hohe Leistungsdichte und die ultrahohe Leistungsbandbreite, die für das Antriebs- und Bremsmoment bei voller Fahrbahngeschwindigkeit und unter sehr hohen physikalischen Belastungen in allen drei Kraftrichtungen erforderlich ist. Das Endergebnis ist ein System, das OEMs und Reifenherstellern die Möglichkeit gibt, eine viel größere Bandbreite an Reifendesigns bis zu ihren physikalischen Grenzen und darüber hinaus zu testen.
Weitere wichtige Merkmale sind ein spezielles Wasserlager, das den Fahrbahnriemen über den gesamten Geschwindigkeits- und Lastbereich des Systems flach hält, und ein zweiter Elektromotor, der die Fahrbahn bis zu 320 km/h (200 mph) antreibt, um die im Motorsport üblichen Kurvenmanöver nachzubilden.
Kein anderes System auf der Welt bietet das gesamte Spektrum der dynamischen Prüfmöglichkeiten des LTRe, von den dynamischen Positionierraten über die maximale Kraftkapazität bis hin zur Aufbringung des Drehmoments.
„Wir schaffen eine völlig neue Art von Tests“, sagt Frank Della Pia, Executive Director des NTRC. „Es wird keine Peer-Einrichtung für das NTRC geben. Wenn man alle Möglichkeiten, die der NTRC bietet, zusammenzählt, wird es ein großer Sprung in der Reifentechnologie sein.“
Der NTRC wird Reifentests unter Bedingungen ermöglichen, die bisher in einer Laborumgebung nicht möglich waren. Dadurch ergeben sich Möglichkeiten, Reifen auf neue Art und Weise zu testen und die Wechselwirkungen von Reifen mit anderen Komponenten und Subsystemen mittels hybrider Simulation zu untersuchen. Bei der hybriden Simulation, die auch als Hardware-in-the-Loop (HIL)-Test bekannt ist, läuft das LTRe-System im Tandem mit einem vollständigen Fahrzeug-Computermodell. Das virtuelle Fahrzeug führt ein Manöver aus, das der LTRe auf einem realen Reifen nachbildet, und die Reaktion des Reifens wird in das Modell zurückgespeist, um die Simulation genauer zu machen.
„Wenn OEM-Testteams zum NTRC kommen, können sie einen einzelnen Reifen testen, anstatt ein ganzes Fahrzeug zu instrumentieren“, sagt Darab. „Sie können Tausende von Simulationen in zwei Tagen durchführen, anstatt diese zwei Tage mit einem einzigen Test mit einer potenziellen Fehlerquote von 20 Prozent zu verbringen.“
Diese Fähigkeiten stehen im Einklang mit der Mission des NTRC, dessen Testexperten Neuland für Reifentests erschließen – bis zu dem Punkt, an dem die Genauigkeit und Wiederholbarkeit von Reifentests und -modellierung neu definiert werden, was durch virtuelle Fahrzeugentwicklung erreicht werden kann.