قبل از اینکه یک خودرو از خط تولید خارج شود، تولیدکنندگان آزمایش‌های مجازی روی آن انجام می‌دهند. شبیه‌سازی تایرها به ویژه چالش‌برانگیز است، زیرا هنگام رانندگی روی چاله‌ها و دست‌اندازها، تحت فشار شدیدی قرار می‌گیرند. اینجاست که CDTire وارد عمل می‌شود؛ نرم‌افزار مدل‌سازی تایر که توسط محققان Fraunhofer توسعه داده شده است، مدل‌های واقعی تایر را امکان‌پذیر می‌کند و از صنعت خودرو در طیف گسترده‌ای از سناریوهای تحلیلی پشتیبانی می‌کند.
مانفرد بکر و کریستوف بورکهارت از موسسه ریاضیات صنعتی فرانهوفر ITWM توضیح می‌دهند که چگونه این نرم‌افزار جدید به کاهش هزینه‌ها و انتقال تست‌های رانندگی زمان‌بر از مسیر تست دنیای واقعی به شبیه‌ساز خودرو نیز کمک می‌کند.
چرا شبیه‌سازی تایرها تا این حد مهم است؟
بکِر: از آنجا که تایرها رفتار پیچیده و غیرخطی از خود نشان می‌دهند، رانندگی باعث تولید گرما می‌شود که خواص تایر را تغییر می‌دهد. این امر شبیه‌سازی دقیق و سریع رفتار آنها را به طور همزمان دشوار می‌کند. بنابراین ما به مدل‌های پیچیده‌ای نیاز داریم که هم اثرات حرارتی و هم دینامیک غیرخطی لاستیک در جاده را در نظر بگیرند که به قدرت محاسباتی زیادی نیاز دارد.
چگونه می‌توان بین زمان محاسبات و دقت، تعادل برقرار کرد؟
بورکهارت: CDTire در واقع خانواده‌ای از مدل‌های تایر است که مدل‌های بدنه، دیواره جانبی و آج را پوشش می‌دهد تا تعادل بهینه بین دقت و کارایی محاسباتی را برای کاربردهای متنوع برقرار کند. هدف، ایجاد یک شبیه‌سازی واقع‌گرایانه است که به زمان محاسباتی کمی نیاز دارد. این شامل مدل‌های بلادرنگ نیز می‌شود.
CDTire چگونه در حال توسعه تایر مجازی است؟
بکر: در صنعت خودرو، مدل‌های تایر در شبیه‌سازی‌های خودرو ادغام می‌شوند تا رفتار رانندگی را به صورت مجازی آزمایش و بهینه‌سازی کنند. این شبیه‌سازی‌ها عوامل پیچیده‌ای مانند توسعه گرما، تغییر شکل تایر و خواص مواد را در نظر می‌گیرند که همگی بر رفتار رانندگی تأثیر می‌گذارند. تولیدکنندگان خودرو از مدل‌های تایر در اوایل فرآیند توسعه استفاده می‌کنند تا اطلاعاتی در مورد راحتی، دوام ساختاری و دینامیک رانندگی برای یک مرحله خاص از توسعه به دست آورند.
حدود ۱۵ سال پیش، مدل‌های تایر تنها عملکرد محدودی ارائه می‌دادند، در حالی که تولیدکنندگان تایر از مدل‌های پیچیده تایر استفاده می‌کردند. با این حال، این مدل‌ها به دلیل نیاز به زمان محاسباتی بالا، نمی‌توانستند در شبیه‌سازی کلی خودرو گنجانده شوند. CDTire شکاف بین تولیدکنندگان تایر و خودرو را پر کرد. این ابزار به عنوان یک قالب تبادل بین این دو صنعت عمل می‌کند. صنعت تایر از آن در توسعه اولیه استفاده می‌کند، در حالی که صنعت خودرو از آن در زمینه کلی خودرو استفاده می‌کند. CDTire می‌تواند به سرعت تطبیق‌هایی را برای تایرهای OE (تجهیزات اصلی) که به طور خاص برای تجهیزات اصلی یک وسیله نقلیه توسعه یافته‌اند، پیاده‌سازی کند.
بنابراین CDTire به یک مدل تایر پرکاربرد تبدیل شده است؟
بکر: بله. تقریباً همه تولیدکنندگان مشهور خودرو و تایر، مشتریان ما هستند. از آنجایی که CDTire امکان تست رانندگی مجازی را در شبیه‌سازهای خودرو فراهم می‌کند، شرکت‌ها می‌توانند از تست رانندگی در دنیای واقعی و تولید تایرهای نمونه اولیه گران‌قیمت در طول توسعه اجتناب کنند. بسته به کاربرد، مدل‌های تایر ما که در زمان واقعی محاسبه می‌شوند، می‌توانند در شبیه‌ساز ادغام شوند.
این پیشرفت به ما اجازه داده است تا از رانندگی آزمایشی در دنیای واقعی فاصله بگیریم و به سمت شبیه‌سازی خودرو حرکت کنیم. هدف ما این است که رانندگان حرفه‌ای آزمایش، تایرها را در درجه اول در شبیه‌ساز خودرو با استفاده از نمونه‌های اولیه تایر و خودرو مجازی ارزیابی کنند. در این صورت، مسیر آزمایش در دنیای واقعی فقط برای تأیید نهایی نمونه اولیه مورد نیاز خواهد بود.
CDTire به شما این امکان را می‌دهد که کل فرآیند توسعه تایر را ترسیم کنید. این چگونه کار می‌کند؟
بورکهارت: CDTire تقریباً برای همه سناریوهای تحلیلی، مدل تایر را در اختیار مهندسان توسعه قرار می‌دهد. تمرکز ما بر دینامیک بدنه و تعامل با سطوح جاده سه‌بعدی، دقت پیش‌بینی خوبی را ارائه می‌دهد، حتی بسیار فراتر از محدوده‌ای که توسط اندازه‌گیری‌های به‌دست‌آمده برای ورودی داده‌های مدل پوشش داده می‌شود. در طول شبیه‌سازی تایر، نرم‌افزار نیروها و گشتاورهای توپی چرخ را روی هر چرخ و نیروهای تماسی روی جاده محاسبه می‌کند.
نسخه فعلی نرم‌افزار چه بهبودها یا قابلیت‌های ویژه‌ای ارائه می‌دهد؟
بکِر: CDTire3D ابزاری چندفیزیکی است که می‌تواند، برای مثال، توسعه دما را شبیه‌سازی کند و با ادغام یک مدل هوای داخلی پویا، هوای داخلی تایر را نیز محاسبه کند. اخیراً، ویژگی‌ای اضافه کرده‌ایم که سایش تایر را نیز محاسبه می‌کند. ارتعاشات هوای داخلی از طریق شاسی خودرو به داخل خودرو منتقل می‌شود و باعث لرزش فرمان و داشبورد می‌شود که راحتی سرنشینان را کاهش می‌دهد.
اما مهم‌تر از همه، این ارتعاشات قابل شنیدن هستند. به ویژه در خودروهای الکتریکی، آنها آزاردهنده تلقی می‌شوند. علاوه بر این، مدل جدید رینگ انعطاف‌پذیر ما به ما این امکان را می‌دهد که تایر و رینگ را به عنوان یک چرخ کامل ارزیابی کنیم و به طور قابل توجهی دامنه و امکانات مدل را گسترش دهیم.
شبیه‌سازی‌های شما تا چه حد در تعیین برد خودروهای الکتریکی نقش دارند؟
بورکهارت: CDTire اکنون به ما امکان می‌دهد مقاومت غلتشی را به طور دقیق شبیه‌سازی کرده و آن را در شرایط مختلف رانندگی پیش‌بینی کنیم. مقاومت غلتشی یک تایر نتیجه اتلاف انرژی است. این بخشی از برچسب تایر اتحادیه اروپا است که تایرها را در کلاس‌های بهره‌وری از A تا E رتبه‌بندی می‌کند. مقاومت غلتشی کمتر، مصرف سوخت خودرو و در نتیجه بهره‌وری انرژی آن را بهبود می‌بخشد.
با این حال، در عمل اوضاع متفاوت است. لاستیک‌ها در زندگی روزمره پایین‌تر از آستانه کلاس بهره‌وری عمل می‌کنند، زیرا افراد مسافت‌های کوتاهی را با لاستیک‌های سرد رانندگی می‌کنند. این جنبه به ویژه برای وسایل نقلیه الکتریکی مهم است زیرا بر برد آنها تأثیر می‌گذارد. به همین دلیل است که ما CDTire را طوری تنظیم کردیم که تلفات اصطکاک داخلی را نیز در نظر بگیرد. این نرم‌افزار اصطکاک داخلی را با مدل دما ترکیب می‌کند تا یک شبیه‌سازی واقع‌بینانه از مقاومت غلتشی ایجاد کند.
آیا قصد دارید فناوری خود را به صنعت منتقل کنید؟
بکر: بله. ما در سال ۲۰۲۶ شعبه‌ی فرعی فناوری‌های تایر مجازی (VTT) خود را در کایزرسلاوترن راه‌اندازی خواهیم کرد. با این حال، ما به همکاری با Fraunhofer ITWM ادامه خواهیم داد و ارتباط نزدیک خود را حفظ خواهیم کرد.
منبع: techxplore.com