Das Ingenieurhandbuch zum Thema Inflationsdruck
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LPϟ9Engineering® bei der 68. Rallye Coppa Valtellina mit Biella-Serventi
LP9Engineering freut sich, die Zusammenarbeit mit John Biella und Marco Serventi für das Reifendruckmanagement ihres von Alien Cars vorbereiteten Peugeot 106 Rallye bei der 68. Coppa Valtellina Rallye bekanntzugeben. Dank meiner Erfahrung im Motorsport-Engineering werde ich die Reifendruckeinstellungen analysieren und optimieren, um maximalen Grip, Konstanz und optimale Leistung auf allen Wertungsprüfungen zu gewährleisten.
Das Ingenieurhandbuch zum Thema Inflationsdruck
Dank an Shirshak Pattnaik und Ludovico Di Lorenzo
Im Hochleistungs-Motorsport ist der Reifendruck ein entscheidender Parameter für die Performance eines Rennwagens und beeinflusst direkt Handling, Grip und Reifenlebensdauer auf der Rennstrecke. Optimaler Reifendruck gewährleistet die bestmögliche Aufstandsfläche und damit maximale Traktion und Stabilität. Falscher Druck hingegen kann zu Überhitzung, erhöhtem Rollwiderstand oder Gripverlust führen. Zudem ist der Reifendruck eine dynamische Größe, die von der Asphalttemperatur, dem Fahrstil und den Streckenbedingungen beeinflusst wird und daher während des gesamten Rennens kontinuierlich überwacht und angepasst werden muss. Dieser Artikel beleuchtet die wissenschaftlichen Grundlagen des Reifendrucks im Rennsport, Methoden zur präzisen Messung und Anpassung sowie bewährte Vorgehensweisen für unterschiedliche Rennbedingungen. Er bietet Ingenieuren und Fahrern, die maximale Performance anstreben, wertvolle Einblicke.
Wie erzeugen Reifen Haftung?
Wenn ein Rennwagen eine Kurve fährt, wirken zwei Hauptkräfte: die Zentripetalkraft und die Zentrifugalkraft. Das Verständnis dieser Kräfte ist entscheidend, um zu verstehen, wie ein Auto seine Linie beibehält und wie Fahrer und Ingenieure die Kurvenperformance optimieren können.
( „Für Dragster-Fahrer sind diese Kräfte irrelevante Ablenkungen – da Kurvenfahren ein Problem ist, mit dem sie nie konfrontiert werden.“ )
Zentripetalkraft:
Die Zentripetalkraft hält das Auto auf der Kurvenbahn, indem sie zum Kurvenmittelpunkt hin wirkt und verhindert, dass das Auto aufgrund seiner Trägheit geradeaus weiterfährt. Im Rennsport entsteht diese Kraft durch die Reibung zwischen den Reifen und dem Asphalt und liefert die Seitenkraft , auch Kurvenkraft genannt, die nötig ist, um die gewünschte Fahrlinie beizubehalten.
Zentrifugalkraft:
Die Zentrifugalkraft ist eine scheinbare Kraft, die sich wie ein Druck nach außen in einer Kurve anfühlt. Sie entsteht durch die Trägheit des Fahrzeugs, also dessen Tendenz, die gerade Linie beizubehalten. In der Praxis bewirkt die Trägheit beim Einlenken, dass sich das Auto so anfühlt, als würde es aus der Kurve herausgedrückt. Tatsächlich wirkt jedoch keine Kraft nach außen: Es ist der Widerstand des Fahrzeugs gegen Richtungsänderungen. Diese scheinbare Kraft ist gleich groß und entgegengesetzt zur Zentripetalkraft, die real ist und das Auto auf seiner Fahrspur hält.
Gesamtseitenkraft und Kurvenverhalten
Um eine perfekte Kurvenfahrt zu erreichen, müssen die Reifen Seiten- und Fliehkräfte ausbalancieren, um einen optimalen Schwerpunkt zu gewährleisten. Erzeugt die Hinterachse beispielsweise weniger Seitenkraft als Fliehkraft, kann es zu Übersteuern kommen; im umgekehrten Fall gilt dasselbe für die Vorderachse ( Untersteuern ).
Aber wie erzeugt jeder Reifen eine Seitenkraft?
Die Antwort liegt im Gleitwinkel .
Dies ist der Winkel zwischen der Ausrichtung des Reifens und der tatsächlichen Bewegungsrichtung. Bei einem bestimmten Schräglaufwinkel verformen sich sowohl die Lauffläche als auch die Karkasse im Aufstandsbereich. Die Lauffläche richtet sich dabei in Bewegungsrichtung aus, während sich die Karkasse entsprechend verformt.
Der Zusammenhang zwischen Gleitwinkel und Seitenkraft
Der anfängliche lineare Zusammenhang wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
Fy = Cα · α
Wo:
- Fy ist die Seitenkraft,
- Cα ist die Kurvensteifigkeit des Reifens .
- α ist der Driftwinkel.
Eine höhere Steifigkeit in Kurven ermöglicht es, mehr Seitenkräfte zu erzielen , ohne den Schräglaufwinkel übermäßig zu erhöhen .
Da das Reifenverhalten jedoch nichtlinear ist, steigt die Seitenkraft nicht unbegrenzt mit zunehmendem Schräglaufwinkel an.
Entwicklung der Strecke:
Die „Streckenentwicklung“ beschreibt, wie sich der Zustand und die Leistungsmerkmale einer Rennstrecke im Laufe eines Rennwochenendes verändern. Dieses Phänomen kann sowohl die Leistung der Fahrzeuge als auch die Strategien der Fahrer und Teams erheblich beeinflussen. Die Streckenentwicklung hat verschiedene Ursachen, wie beispielsweise Änderungen der Asphalttemperatur, vermehrte Gummiabrieb auf der Strecke, Wetterbedingungen usw. Dieser Artikel befasst sich mit dem Einfluss der Streckentemperatur auf den Reifendruck.
Wir werden später noch etwas genauer auf die thermische Modellierung der Reifen eingehen, aber das hier soll Ihnen eine Vorstellung davon geben, warum uns die Streckentemperatur so wichtig ist. ( „Wir sind Ingenieure, wir müssen mit Gleichungen und Zahlen arbeiten!“ )
Danny Nowlan erklärte anhand einer Formel, die in der thermischen Reifenmodellierung verwendet wird, wie sich die Temperatur auf der Oberfläche des Reifenprofils aufbaut.
Daher kommt der Entwicklung der Streckentemperatur eine erhebliche Bedeutung für die Steuerung von Reifentemperatur und -druck während eines gesamten Stints oder Rennens zu.
Das ideale Gasgesetz (PV = nRT) („Ich habe es bereits im Abschnitt zur Kaltdruckvorhersage erläutert“) wird häufig verwendet, um den Zusammenhang zwischen Druck (P) , Volumen (V) und Temperatur (T) von Gasen zu verstehen. Im Kontext der Reifendruckeinstellung im Motorsport kann die alleinige Anwendung dieses Gesetzes jedoch aufgrund von Streckenveränderungen und anderen Faktoren, wie der komplexen Wärmeleitfähigkeit zwischen Gummi und Fahrbahnoberfläche, problematisch sein.
Das ideale Gasgesetz liefert zwar ein grundlegendes Verständnis des Zusammenhangs zwischen Druck und Temperatur, ist aber nicht ausreichend, um den Reifendruck in der dynamischen Umgebung eines Rennens genau vorherzusagen .
Um die Entwicklung der Rennstrecke zu verstehen, müssen wir einen Zusammenhang zwischen der Streckentemperatur und dem Reifendruck finden .
Durch die Durchführung einer linearen Regression für alle vier Reifen können wir die optimalen Ausgleichsgeraden für jeden Reifendruck als Funktion der Streckentemperatur darstellen.
Wir werden diese Gleichungen verwenden, um den Reifendruck bei unterschiedlichen Streckentemperaturen vorherzusagen.
Hinweis : Reifendruckkurven verlaufen nicht vollständig linear , sondern leicht logarithmisch . Durch Isolierung des linearen Bereichs kann jedoch die Gleichung
y = mx + cverwendet werden.
Die resultierenden Gleichungen lauten:
- Reifendruck (FL) = 1,6943 × Streckentemperatur − 20,8074
- Reifendruck (PR) = 1,3368 × Streckentemperatur − 11,3200
- Reifendruck (RL) = 1,4062 × Streckentemperatur − 14,9203
- Reifendruck (RR) = 1,2905 × Streckentemperatur − 11,7724
Bewertung aller oben genannten Methoden:
In diesem Abschnitt wurden die oben beschriebenen verschiedenen Methoden zur Vorhersage des Reifendrucks bei kalten Reifen verwendet, um die Leistung des Fahrzeugs zu bewerten.
Die beste Methode ist die Auswertung der Stoppuhr : Jede Verbesserung der Rundenzeit gibt einen Hinweis darauf, welches der vorgeschlagenen Setups das beste ist.
Die Analyse des Reifenverschleißes bei den verschiedenen Setups ergab, dass das schnellste Setup (das auf Kurvensteifigkeit basierende) auch den höchsten Verschleiß aufwies. Die beiden anderen Setups zeigten deutlich geringeren Verschleiß.
Die Konfiguration, die die Entwicklung der Rennstrecke berücksichtigte, wies die niedrigste Verschleißrate auf.
Dies geschieht, weil sich bei niedrigerem Reifendruck die Reifenschultern stärker verformen , was zu größerer Hitze und mechanischer Belastung der Struktur führt, was wiederum einen beschleunigten Verschleiß und eine schnellere Degradation zur Folge hat.
Dies ist von entscheidender Bedeutung bei der Festlegung des Drucks für ein Qualifikationsrennen oder ein Rennen:
- Setups, die Grip und Rundenzeit bei niedrigerem Reifendruck optimieren, sollten im Qualifying bevorzugt werden.
Da der Reifenverschleiß bei einer einzelnen Runde nur eine untergeordnete Rolle spielt, kann trotz des erhöhten Verschleißes die Methode der Kurvensteifigkeit gewählt werden . - Im Rennsport ist es jedoch besser, ein Setup zu wählen, das Leistung und Reifenlebensdauer in Einklang bringt .
Die Methode, die auf der Streckenentwicklung basiert und die geringste Verschleißrate aufweist, ist die beste Wahl, um wettbewerbsfähige Zeiten zu erzielen und gleichzeitig die Anzahl der Boxenstopps zu begrenzen .
Abschluss:
Das Energiemanagement der Reifen ist im Motorsport von entscheidender Bedeutung. Es beeinflusst Grip, Verschleiß, Konstanz, Sicherheit, Strategie und die Anpassung an die jeweiligen Bedingungen . Teams investieren daher hohe Summen in die Forschung und Verbesserung der Reifenperformance, da diese direkten Einfluss auf Geschwindigkeit, Handling und das Endergebnis des Rennens hat .
Abschließendes Fazit:
Um Grip, Handling und Reifenlebensdauer für optimale Leistung in Einklang zu bringen, ist die richtige Reifendruckkontrolle unerlässlich.
Dieser Artikel untersuchte Theorien und Techniken des Druckmanagements und zeigte die Auswirkungen verschiedener Strategien auf Rundenzeiten und Verschleiß auf.
Niedrigere Drücke maximieren Geschwindigkeit und Grip im Qualifying, im Rennen ist jedoch ein Kompromiss erforderlich , um Haltbarkeit und Konstanz zu gewährleisten.
Effizientes Druckmanagement bietet strategische Vorteile, Zuverlässigkeit und Wettbewerbsfähigkeit.
Weitere Informationen zur Reifenenergie werden in einem separaten Artikel behandelt.
Ich hoffe, Ihnen hat dieser Artikel gefallen. Bleiben Sie dran für weitere Informationen zum Thema Gleisbau.
Referenzen:
- Soltani, A., Goodarzi, A., Shojaeefard, M.H., & Saeedi, K. – Optimierung der vertikalen Reifensteifigkeit basierend auf Komfort-, Handling-, Leistungs- und Kraftstoffverbrauchskriterien
- Nam – Anwendung neuartiger Reifenseitenkraftsensoren zur Parameterschätzung von Elektrofahrzeugen
- Nowlan – Ableitung eines Reifenmodells aus dem Nichts , ChassisSim Technologies
- Segers, J. (2008) – Analysetechniken zur Datenerfassung bei Rennwagen , SAE International
- Ralph und Ton – Optimierung des Rennwagenhandlings: Magische Zahlen zum besseren Verständnis eines Rennens