Zastosowanie dedykowanych anten w oponach samochodowych 

Wysoko zintegrowany przepływ pracy w systemie MODSIM wprowadza współzależność między parametrycznym modelem CAD a symulacją zjawisk sprzężonych o wysokiej dokładności. Dzięki temu możliwe jest lepsze zrozumienie zachowania opon samochodowych oraz optymalizacja ich konstrukcji. 

Nowy model biznesowy: „opona jako usługa” 

W odpowiedzi na potrzeby klientów niektórzy producenci opon odchodzą od corocznej sprzedaży nowych kompletów opon. Coraz więcej dużych dostawców flotowych traktuje opony jako usługę, co oznacza istotną zmianę w tradycyjnej, wieloletniej praktyce branży. W tym nowym modelu producenci OEM nie sprzedają sprzętu, lecz oferują czas sprawności mobilnej. 

Po to, aby system był efektywny i opłacalny, opony są wymieniane nie według sztywnego harmonogramu (np. co 12 miesięcy), lecz w oparciu o rzeczywiste zużycie. Kluczowym elementem takiego modelu jest ciągłe monitorowanie stanu opon. 

Monitorowanie stanu opon i zastosowanie anten 

Monitorowanie wymaga precyzyjnego gromadzenia danych na temat czasu pracy, ciśnienia oraz chwilowych obciążeń opon. Ze względu na trudności z wykorzystaniem przewodów w elementach ruchomych, niezbędna jest komunikacja bezprzewodowa. Anteny, umieszczone wewnątrz opon, umożliwiają szybkie i bezinwazyjne przekazywanie danych. Zebrane informacje są następnie przesyłane do chmury, na przykład podczas przejazdu pojazdu obok stacji odczytu, np. na stacjach benzynowych. 

Wyzwania techniczne 

Opony muszą wytrzymywać znaczne obciążenia i naprężenia podczas tysięcy przejechanych kilometrów w różnych warunkach drogowych oraz pogodowych. Oszacowanie trwałości anteny zainstalowanej w oponie jedynie na podstawie testów fizycznych jest praktycznie niemożliwe. W takich przypadkach kluczową rolę odgrywa zaawansowana symulacja zjawisk sprzężonych o wysokiej wiarygodności. 

Budowa i symulacja anten 

Opona to skomplikowana struktura mechaniczna złożona z wielu warstw, takich jak nylon, stalowe wzmocnienia oraz różnych rodzajów gumy.  W celu przeprowadzenia dokładnej symulacji, konieczne jest uwzględnienie nie tylko elementów samej opony, ale także właściwości anteny. 

W przypadku opon ciężarowych, których ściany boczne są dodatkowo wzmacniane stalą, antenę należy zintegrować z oponą podczas produkcji, aby uniknąć efektu klatki Faradaya. Anteny mogą być projektowane od podstaw lub wybierane z katalogu, takiego jak Antenna Magus. W prezentowanym przykładzie wybrano antenę planarno-meandrową, działającą w zakresie częstotliwości od 800 do 1000 kHz. 

SCENARIUSZ SYMULACJI

Podczas eksploatacji opona ulega deformacjom, szczególnie w punkcie styku z podłożem. Antena, zamontowana wewnątrz, również podlega tym deformacjom, co może wpływać na jej wydajność i trwałość. Dzięki platformie 3DEXPERIENCE oraz technologii Tire Analysis Engineer Role możliwa jest analiza najbardziej wymagających scenariuszy. 

Proces symulacji obejmuje wówczas: 

1. Projektowanie anteny w stanie początkowym (płaskim). 

2. Nakładanie wektorów deformacji na oponę i antenę. 

3. Generowanie zdeformowanego modelu, który jest podstawą do dalszych analiz. 

Symulacja elektromagnetyczna a trwałość  

Zdeformowany model opony jest analizowany pod kątem właściwości elektromagnetycznych. Ustawiane są parametry materiałowe, warunki brzegowe, a problem rozwiązywany jest z wykorzystaniem zaawansowanej siatki obliczeniowej. Dzięki chmurowym zasobom obliczeniowym oraz wsparciu obliczeń przez GPU, proces obliczeniowy jest dużo szybszy i bardziej precyzyjny. 

Process Composer umożliwia automatyzację analiz dla różnych pozycji anteny, a symulacje zmęczeniowe pozwalają przewidzieć liczbę cykli obciążeniowych, jakie antena wytrzyma przed awarią. 

Podsumowanie 

Zintegrowany przepływ pracy w systemie MODSIM zapewnia dokładniejsze zrozumienie funkcjonowania opon oraz lepszą optymalizację projektu w dużo krótszym czasie. Dzięki temu możliwe jest projektowanie bardziej niezawodnych i trwałych opon, wyposażonych w nowoczesne systemy monitorujące, które odpowiadają na potrzeby współczesnych klientów.

Autor: Chris Jones, solution consultant for systems engineering & numeric simulation | Dassault Système