T-Mode

Simulationsgestützte Reifenkonstruktion
Als einziges Fahrzeugteil, das mit der Straße in Berührung kommt, spielen Reifen eine bedeutende Rolle bei der Erfüllung der unterschiedlichen Leistungsanforderungen an Fahrzeuge. Dabei ist die Funktionsweise eines Reifens auf das Zusammenspiel der unterschiedlichsten Komponenten zurückzuführen. Gummimischung, Profilgestaltung und Karkasse sind zusammen für die Leistungsfähigkeit des Reifens verantwortlich. Ein weiterer wichtiger Faktor in der Bewertung eines Reifens ist das Fahrzeug, verbunden mit den spezifischen Eigenschaften, wie z.B. die Fahrgastzahlen, Fahrzeugmodellinformationen, Lasten, Fahrmuster etc. Bereits bei Einführung des T-Mode kombinierte Toyo Tires erstmals zwei Simulationstechnologien mit Supercomputern. Seitdem werden sowohl die Reifensimulation als auch die Fahrsimulation genutzt, um Leistungsprognosen und Strukturanalysen zu erhalten.

Vom alten "T-Mode" zum neuen "T-Mode“
Der Wettbewerb um die technologischen Fortschritte in der Mobilität der nächsten Generation hat begonnen: Reifen müssen dabei schnell Leistungs- und Funktionsverschiebungen erfahren, um der „Evolution der Mobilität“, z.B. Umstellung auf Elektrofahrzeuge und Verbreitung des autonomen Fahrens, Rechnung zu tragen. Präzision und die Möglichkeit der schnellen Konstruktion werden künftig entscheidend sein.
Das innovative System T-Mode wurde nun grundlegend weiterentwickelt. Toyo Tires kombinierte die bestehenden Simulationsmöglichkeiten mit künstlicher Intelligenz und erweiterten Funktionen. Die dadurch entstandene Kombination aus Simulationsprozess und Datenmanagement revolutioniert den Reifenentwicklungsprozess bei Toyo Tires.

Eine Revolution im Reifenentwicklungsprozess durch SPDM¹
Im Reifenentwicklungsprozess werden eine Vielzahl von Designfaktoren und Einsatzbedingungen berücksichtigt und die Zyklen "Design, Simulation, Prototyping und Auswertung" wiederholt, um die erforderliche Leistung und das erforderliche Design zu optimieren.
Um die Produktentwicklung zu beschleunigen, waren weitere Kapazitätserweiterungen in der Simulation und die Anbindung an hochpräzise Konstruktionen notwendig. Der in diesem Fall konstruierte SPDM hat den Entwicklungsprozess von Toyo Tires revolutioniert. 

1.    Einheitliche Verwaltung verschiedener Daten und Nutzung als gemeinsame Assets
Ein wesentlicher Bestandteil der Funktionsweise ist die konsequente Zusammenführung aller Simulationsdaten. Bisher wurden Daten, die die Designer aus Simulationen gewinnen konnten, als Daten des einzelnen Designers behandelt. Die neue T-Mode-Plattform vereinheitlicht jedoch die Verwaltung verschiedener Datentypen als gemeinsame Assets und ermöglicht die gemeinsame Nutzung durch die Designer. Die Verknüpfung dieser Konstruktions-, Simulations- und Testdaten verbessert die Aussagekraft der Daten und ermöglicht deren Entwicklung zu Daten für ein nachhaltiges Lernen.
Daten aus Simulationen, die von Designern ausgeführt werden, werden automatisch auf einem gemeinsamen Server gespeichert und tragen durch den Einsatz in neuen Analysen und Prognosen als Datenbank-Asset zur Verkürzung der Testzeit und der Durchlaufzeit der Produktentwicklung bei. 

2.    Anwendung der KI und Festlegung einer Methode zur Lösung inverser Probleme
Prozessinnovationen können, durch die SPDM-Einführung und die damit einhergehende Konsolidierung von Design-Support-Technologien mit Simulationsinfrastruktur-Technologien, nun mit einer vorher nie dagewesenen Geschwindigkeit prognostiziert werden. Traditionell bestand das Lösungsverfahren darin, zunächst Designspezifikationen einzugeben und eine Simulation durchzuführen, um dann aus den Ergebnissen Leistungswerte zu erhalten. Wenn die Leistungswerte nicht den Anforderungen entsprachen, wurden die Designspezifikationen überarbeitet und die Simulation wiederholt. Dies hatte eine Verlängerung des Gesamtprozesses zur Folge.
Die Beschaffung von Konstruktionsdaten für Strukturen, Formen und Muster, die erforderlich sind, um die Sollleistung mit Hilfe der "Inverse Problem Solution" zu erreichen, ist im Wesentlichen ein Mittel zur Eingabe der benötigten Leistungswerte, die unter Verwendung der erforderlichen Designspezifikationen über die AI-Technologien abgeleitet werden. Ab sofort werden alle Daten strukturiert und zusammengeführt. Das senkt die Anzahl der notwendigen Simulationen signifikant, weil von vorneherein die erfolgversprechendsten Simulationen durchgeführt werden. Der Entwicklungsprozess wird dadurch beschleunigt.

Entwicklung aerodynamischer Simulationen
Neue Technologien und alternative Antriebe stellen auch neue Herausforderungen an Reifen. Im Mai 2018 gab Toyo Tires bekannt, dass es eine eigene "Mobility Aerodynamics"-Technologie (aerodynamische Simulation) entwickelt hat. Diese wird unter anderem bei der Entwicklung von "Reifen mit den hervorragenden aerodynamischen Eigenschaften3" eingesetzt, die erforderlich sind, um den Kraftstoffverbrauch weiter zu senken und die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen.
Toyo Tires analysiert und prognostiziert die aerodynamischen Eigenschaften von Reifen und Fahrzeugen unter rollenden Reifenaufstandsbedingungen² mit einer in der Branche einzigartigen Simulation. Der japanische Reifenhersteller verwendet aktuelle Reifenmusterdesigns, um die Reifeneinsatzbedingungen während der Fahrt eines Fahrzeugs (in erster Linie die Belastung der Reifen und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs) mit den spezifischen Bedingungen für verschiedene Rad- und Fahrzeugformen zu korrelieren und untersucht, wie sich die Reifenform unter diesen Bedingungen ändert.
Seit 2018 hat Toyo Tires einen neuen Sektor erschlossen und erfolgreich prädiktive Technologien für aerodynamische Eigenschaften³ ganzer Fahrzeugkarosserien realisiert, wobei der Reifenkontakt mit der Oberfläche, die Verformung und die Drehung berücksichtigt wurden.
Ende 2019 werden diese Simulationen ebenfalls in T-Mode integriert, so dass das System in der Lage ist, Reifenkonstruktionen vorzuschlagen, die die fahrzeugweiten aerodynamischen Eigenschaften verbessern. Das neue T-Mode wird somit in Richtung prädiktiver Technologien nochmals erweitert.

Forschung und Weiterentwicklung
Die T-Mode Technologie wird bereits seit vielen Jahren in der Reifenentwicklung bei Toyo Tires genutzt. Parallel arbeiten Ingenieure und Wissenschaftler von Toyo Tires und der Universität in Osaka daran, das System weiter auszubauen, die Aussagekraft zu präzisieren und die Möglichkeiten zu erweitern. 

Erfolge von T-Mode
Hervorragende Leistungen zeigte T-Mode bei der Vorhersage der Traktionsleistungen auf Schnee und zwar unter Berücksichtigung unterschiedlicher Schneequalitäten (Neuschnee und Schneematsch). Die Präzision der Vorhersagen ist ein erster Durchbruch in der Reifenentwicklung, da das Schneetraktionsverhalten eines Reifens in der tatsächlichen Umgebung sehr genau vorhergesagt werden kann. Um die Scherwiderstandskraft (wichtige physikalische Größe, die folgendes Beschreibt: Reifen mit einer Bodenaufstandsfläche aus einem großen Block und tiefen Rillen, übt eine Kraft auf den Schnee aus, die auf Widerstand durch den Schnees trifft, wenn der Reifen in Richtung der Aufstandsfläche schert) unter realen Bedingungen zu messen, arbeitete Toyo Tires mit der Tokyo University of Marine Science and Technology, der Nagaoka University of Technology und des National Institute of Technology, Nagano College zusammen. So gelang es, die Scherkraft zwischen Reifenkautschuk und Naturschnee, unter Berücksichtigung von Last- und Geschwindigkeitsfaktoren, präzise zu bestimmen.
Diese Vorhersagen waren so zuverlässig in der Darstellung der Blockverformungen beim Fahren und Bremsen, dass diese Technologie bereits heute in der Entwicklung neuer Produkte für den Einsatz auf Schnee, genutzt wird.