Synergetische Analyse zum Verständnis von Bremspartikelemissionen mittels multidisziplinärer Ansätze: KI-Modellierung, numerische Simulation und experimentelle Validierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Merten Stender
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545840087

Jüngste Forschung zeigt, dass Kfz-Reibungsbremsen eine vergleichbare Menge an Feinstaub emittieren wie Verbrennungsmotoren. Diese Reibpartikel stellen deutliche Gefahren für die menschliche Gesundheit und die Umwelt dar, insbesondere vor dem Hintergrund der zunehmenden globalen Urbanisierung. Gegenwärtig bleiben die komplexen Mechanismen, die die Freisetzung von Partikeln im tribologischen Kreislauf steuern, unzureichend aufgeklärt. Die nuancierten Funktionen von mikroskopischer Reibungs-Oberflächentopographie, mesoskaligen räumlichen Kontakttemperaturfeldern und makroskopischen Vibrationen sind schlecht verstanden. Gleichzeitig werden Emissionen unter dynamischen Belastungen a) durch multifaktorielle und multiphysikalische Effekte getrieben, b) unterliegen transienten Multiskalen-Mechanismen, c) werden wesentlich von Lasthistorieneffekten beeinflusst, und d) werden bei unbekannten komplexen Belastungsmustern emittiert. Dieses dt.-franz. Projekt zielt darauf ab, Bremspartikelemissionen umfassend durch eine Reihe anspruchsvoller Experimente, hochpräziser numerischer Simulationen und modernster Methoden des maschinellen Lernens zu untersuchen. Das Bestreben ist es, die Mechanismen der Partikelemission zu verstehen, welche auf vielschichtige thermomechanische Effekte und Reibungsoberflächeneigenschaften zurückzuführen sind. Das Projekt strebt an, numerische Simulationen nahtlos mit datengetriebenen Modellen zu verbinden. Ein erwarteter methodischer Beitrag zielt darauf ab, Reibung unter extremen Bedingungen zu verstehen, wobei die Wechselwirkung zwischen tribologischem Materiefluss und thermomechanischen Mechanismen berücksichtigt wird. Ziel ist es, eine innovative Strategie zur Partikelreduktion zu entwickeln, die auf der Vorkonditionierung der Reibungsoberfläche basiert und somit den tribologischen Kreislauf steuert. Die kollaborativen Arbeiten zwischen der Technischen Universität Berlin und der Universität Lille bieten eine einzigartige Gelegenheit für Grundlagenforschung und nutzen dabei komplementäre Laborausstattungen und Fachkenntnisse. Prof. P. Dufrénoy (Lille) leitet eine der fortschrittlichsten tribologischen Labore Europas. Diese experimentelle Einrichtung, welche strukturelle Dynamik, Partikelemissionen, hochauflösende Kontakttemperaturmessungen und Reibungsoberflächentopographien gleichzeitig erfasst, ist derzeit konkurrenzlos. Prof. M. Stender (Berlin) ist eine führende Person in der datengetriebenen Modellierung von Reibungsprozessen. Als Begründer der Anwendung von Big-Data-Analysen und Deep Learning auf die Modellierung des Verhaltens von Bremssystemen erforscht er Techniken zur Fusion von Sensordaten, zur Verarbeitung von Bilddaten und zur Erklärbarkeit von KI im Kontext mechanischer Systeme. Die Zusammenarbeit profitiert von vorherigen gemeinsamen Forschungsvorhaben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Philippe Dufrénoy