Entwurf dauerhaft haltbarer Reifen unter Berücksichtigung der Datenunschärfe

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Michael Kaliske
• Subject Area: Mechanics ; Applied Mechanics, Statics and Dynamics
• Term: from 2011 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 201926524

Der Reifen ist eines der wichtigsten Bauteile am Fahrzeug, dessen Zuverlässigkeit direkt über die Fahrsicherheit der Insassen entscheidet und dessen Versagen katastrophale Folgen haben kann. Deshalb stellt der Entwurf eines Luftreifens eine herausfordernde und gleichzeitig verantwortungsvolle Aufgabe dar. Ein guter Entwurf des Reifens gewährleistet zuverlässiges Verhalten bei jeder der vielen Beanspruchungen wie Bremsen, Kurvenfahrt oder Hindernisfahren. Mehrere Kriterien z.B. im Hinblick auf Rollwiderstand, Handling, Haltbarkeit, Geräuschemission und Fahrkomfort sind gleichzeitig einzu-halten. Der Entwurfsprozess für einen Reifen wird somit zu einer Multikriterienoptimierungsaufgabe, deren Kriterien miteinander häufig im Zielkonflikt stehen.Um diese komplexe Entwurfsaufgabe zu lösen, müssen hochentwickelte Analysemethoden angewen-det werden. Entwerfen durch experimentelles Testen mehrerer Reifenvarianten auf bestmögliche Er-füllung eines der vielen Kriterien – was zurzeit der Stand der Technik ist – kann bei Weitem nicht aus-reichend sein. Eine alternative Vorgehensweise ist die Darstellung des Entwurfsproblems als eine Optimierungsaufgabe einschließlich der mathematischen Formulierung der Kriterien, Zielfunktionen, Nebenbedingungen und Nutzung effizienter numerischer Simulationsansätze, insbesondere der Finite Elemente Methode. Bei diesem Vorgehen ist zu berücksichtigen, dass verschiedene Aspekte, die den Entwurf beeinflussen und über die Dauerhaftigkeit des Produkts entscheiden, u.a. Materialcharakteris-tiken oder Lasten, unscharf sind. Die vorhandene Unschärfe ist sowohl epistemischer als auch aleato-rischer Art und kann mit den Unschärfemodellen Fuzziness, Zufälligkeit (Randomness) und Fuzzy-Zufälligkeit (Fuzzy-Randomness) modelliert werden.Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist, einen Beitrag zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit von Reifen zu leisten, indem neue allgemeingültige Analysemethoden entwickelt werden, die sich auf Multikriterienoptimierung mit spezieller Berücksichtigung sowohl aleatorischer als auch epistemischer Unschärfe stützen. Eine Voraussetzung für ein aussagefähiges Ergebnis des Reifenentwurfs ist eine realitätsnahe Finite Elemente Modellierung der Struktur. Ein weiteres Ziel des Vorhabens ist, die be-reits vorhandenen Modelle um die Erfassung haltbarkeitsrelevanter Phänomene wie z.B. Abrieb, zu erweitern. Da sowohl die neu zu entwickelnden Methoden der Multikriterienoptimierung unter Berück-sichtigung der Unschärfe als auch die numerischen Simulationen relativ rechenzeitintensiv sind, ist die Anwendung von Metamodellen vorgesehen. Diese Ersatzmodelle werden speziell für die Reifenanaly-se und die Optimierung entwickelt und aufbereitet.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Graf