Una herramienta de modelado de neumáticos teniendo en cuenta el impacto del calor.

Una herramienta de modelado de neumáticos teniendo en cuenta el impacto del calor.

Los fabricantes realizan pruebas virtuales en los diseños de vehículos mucho antes de que el primer automóvil salga de la línea de ensamblaje. Sin embargo, la simulación de los neumáticos sigue siendo un desafío. La herramienta de software 'CDTire/3D' de los investigadores de Fraunhofer ahora modela las ruedas de forma realista. El software tiene en cuenta el calor que se genera durante la conducción y cómo cambian las propiedades de los neumáticos .

El vehículo corre por calles irregulares, retumba sobre piedras, choca contra baches y se desliza sobre caminos helados. Pero claro, solo virtualmente, pues todavía está lejos de producirse. Tanto en los coches como en las carreteras de prueba llenas de baches, las simulaciones son lo primero. ¿Cuán operativamente estable es el vehículo? ¿El diseño cumple lo que promete? Este tipo de experimentos virtuales ofrece algunas ventajas: se pueden probar diferentes variaciones de un vehículo de motor en una fase temprana de desarrollo, ya sea un automóvil, un camión o un tractor, y el diseño se optimiza sistemáticamente, sin prototipos.

Cálculos complejos para la simulación de neumáticos

La simulación del propio automóvil se entiende bien. Sin embargo, los neumáticos siguen siendo un desafío porque se comportan de manera compleja y no lineal. . El cálculo es muy extenso, computacionalmente intensivo y no se puede incorporar fácilmente al modelo general, o proporciona resultados inexactos. Investigadores del Instituto Fraunhofer de Matemática Industrial ITWM en Kaiserslautern desarrollaron una herramienta de simulación llamada “CDTire/3D” que supera este dilema. “ Hemos utilizado la tecnología para encontrar un buen equilibrio entre el tiempo de cálculo y la precisión. ”, dice el Dr. Manfred Bäcker, jefe de simulación de neumáticos y vehículos en ITWM. Los investigadores presentarán el software en la feria comercial de Hannover en el stand conjunto de 'Simulación' de Fraunhofer ubicado en el pabellón 7 del 13 al 17 de abril de 2015.

Los científicos asignan las propiedades del neumático a un modelo de capa estructural. “En lugar de mapearlo como un modelo volumétrico, representamos el neumático como una carcasa, y eso ahorra una gran cantidad de tiempo de simulación , aún así tiene en cuenta todas las propiedades”, explica Bäcker. En primer lugar, los investigadores calculan cubiertas individuales para cada capa funcional del neumático real: una para cada capa de cinturón de acero, una para la capa superior, y así sucesivamente. Posteriormente, los reúnen en un solo caparazón. Que es especial: el modelo también tiene en cuenta la pared lateral . En las simulaciones habituales, los fabricantes de automóviles necesitan reajustar completamente los parámetros tan pronto como el cambios en el ancho de los neumáticos en la simulación o en la presión de los neumáticos varía



'Separamos por completo la geometría de las propiedades del material para que pueda modificar la geometría del neumático sin tener que hacer coincidir el modelo de la computadora'. Los fabricantes de automóviles también valoran eso. La simulación ya está en uso en todo el mundo, incluso en Toyota y Daimler. .

Además, los científicos ahora incorporan la temperatura en la simulación . Esto es importante porque el neumático se deforma dinámicamente durante la conducción y porque los frenos emiten calor. Como resultado, el neumático se calienta y, por lo tanto, cambian sus propiedades. Los investigadores primero guardan los resultados de CDTire/3D en el modelo de temperatura. Luego, con la ayuda de estos cálculos, simulan cómo viaja el calor en los neumáticos y, finalmente, vuelven a acoplar los resultados al modelo estructural. El equipo suizo de Fórmula 1 Sauber quiere emplear el modelo de temperatura en el futuro para hacer su autos de carreras más rápido en los giros.

“Dado que el sistema está construido modularmente, podemos acoplar el modelo de temperatura a cualquier herramienta de simulación que desee”, dice el investigador. Como resultado, también se puede conectar a la herramienta “CDTire/Realtime”. Este software también se puede emplear, por ejemplo, durante el diseño de un sistema de control electrónico como el Programa Electrónico de Estabilidad , o ESP para abreviar. Si un automóvil comienza a perder tracción o deslizarse, el ESP aplica selectivamente los frenos de las ruedas individuales. CDTire/Realtime se ejecuta en tiempo real – al igual que lo hace la herramienta de cálculo de temperatura, aunque hasta ahora solo en computadoras más grandes en el laboratorio.

En el futuro, CDTire/Realtime podrá implementarse utilizando microcontroladores instalados en el automóvil para aumentar la precisión del ESP durante la conducción. Bäcker supone que todavía tomará alrededor de uno o dos años hasta entonces.