Approccio modellistico per la stima delle forze di contatto pneumatico-strada utilizzando misure provenienti da smart-tires

The present dissertation deals with a model oriented approach aimed at the real-time estimation of tyre-road contact forces. This work falls within the framework of the Cyber Tyre™ project by Pirelli Tyre S.p.A., which seeks to make the pneumatic tyre an active component to be integrated in the vehicle control system. The tyre becomes a powerful source of information, as the result of the integration of tri-axial accelerometers onto the inner-liner. By exploiting the measurements provided by such sensors, it is possible to derive useful information about the dynamics of the vehicle and the tyre-road contact conditions. Many indications can be derived from the accelerometric signals deployment and one among all consists in the contact forces estimation, the latter being the focus of this dissertation. The acquired signals are firstly exploited to draw the tyre deformation at the contact patch, which is in turn used to derive the contact forces responsible of such deformation. This is possible by means of the model herein proposed, which consists into a modal model of the pneumatic tyre, taking the contact patch deformation as an input and giving back the forces estimation as an output. Such model, which represents a totally new approach to the forces estimation problem, not only has proven to be efficient in terms of computational time, but also has turned out to be very effective and in many cases more precise than the methods characterizing the state of the art.

La presente tesi, attraverso un approccio model-based, focalizza l’attenzione sulla stima in real-time delle forze di contatto tra pneumatico e strada. Tale lavoro è stato sviluppato in collaborazione con Pirelli Tyre S.p.A. per il progetto Cyber Tyre™, che ha come obbiettivo quello di rendere lo pneumatico una parte attiva da integrare nel sistema di controllo del veicolo. Al fine di rendere lo pneumatico un potente strumento di raccolta dati, utili per il controllo del veicolo, vengono posizionati degli accelerometri triassiali nel rivestimento interno della ruota. I risultati ottenuti da tali sensori consentono di derivare importanti informazioni riguardanti la dinamica del veicolo e le condizioni di contatto pneumatico-strada. Grazie alla lettura e alla rielaborazione dei segnali ottenuti dagli accelerometri è possibile stimare l’entità delle forze di contatto su cui si concentra principalmente l’attenzione di questo lavoro. I segnali acquisiti sono stati sfruttati per riprodurre la deformazione della ruota nella zona di contatto con la strada; tale deformazione, a sua volta, è stata utilizzata per ricavare le forze di contatto che l’hanno generata. Questo processo è stato reso possibile grazie al modello di tipo modale qui proposto che prende in input la deformazione dello pneumatico e restituisce come output l’entità delle forze di contatto. Esso rappresenta un approccio totalmente nuovo per la stima delle forze di contatto e, non solo risulta efficiente in termini di velocità di calcolo computazionale, ma dimostra anche di essere, in molti casi, più preciso rispetto ad altre metodologie che finora hanno caratterizzato lo stato dell’arte.