Effetto di sensori posizionati all'interno dello pneumatico per la stima del coefficiente d'attrito

The increasing development of modern technologies in the automotive sector has led in recent years to the use of smart tyres where the tyre is used as an active tool able to provide information, which can be used by control systems of vehicle dynamics, with the main aim of improving driving safety. During the present research, developed in cooperation with Pirelli Tyre S.p.A., a smart tyre constituted by a tri-axial accelerometer glued on the tyre inner liner is considered. Deriving an estimation for the friction coefficient μ between the tires and the road surface has been the main objective of this work. An algorithm, based on an Extended Kalman filter, has been introduced and developed to provide an accurate and robust estimation of the friction conditions during the straight motion of a vehicle, subjected to acceleration and braking maneuvers. The developed logic is based on the relationship between slips and longitudinal contact forces. Firstly, to verify the feasibility of the work, the algorithm has been tested with input datas obtained from numerical simulations. The gained experience was consequently used to analyze data and measurements from experimental tests carried out with an instrumented vehicle. Obtained results showed that the proposed estimator is able to provide an estimation of the friction coefficient in any working condition if tyre use is about 60% of maximum available. Tyre use can be reduced to 50% if speed is higher than 80 km/h.

Il crescente sviluppo di moderne tecnologie nel settore automotive ha portato negli ultimi anni all’utilizzo degli smart tyres: pneumatici usati come strumento attivo, in grado di fornire informazioni utilizzabili dai sistemi di controllo della dinamica del veicolo, con l’obbiettivo di migliorarne la sicurezza di marcia. Durante la presente tesi si è preso in considerazione uno smart tyre, sviluppato in collaborazione con Pirelli Tyre S.p.A., costituito da un accelerometro triassiale incollato sull’inner liner dello pneumatico. L’obbiettivo del presente lavoro di ricerca è stato quello di ricavare una stima per il coefficiente d’attrito µ tra gli pneumatici e la superficie stradale, sviluppando un algoritmo basato su un filtro di Kalman esteso, in grado di restituire una stima accurata e robusta delle condizioni di aderenza durante la marcia rettilinea di un veicolo, sottoposto a manovre di accelerazione e frenata, sfruttando le relazioni tra scorrimenti e forze di contatto. In particolare si è scelto, inizialmente, di verificare la fattibilità del lavoro testando l’algoritmo con dati in ingresso provenienti da simulazioni numeriche, trasferendo in seguito l’esperienza acquisita per poter analizzare dati e misure provenienti da prove sperimentali effettuate con un veicolo strumentato. I risultati ottenuti mostrano che lo stimatore proposto è in grado di fornire una stima del coefficiente d’attrito in qualsiasi condizione di marcia se l’impegno dello pneumatico è pari a circa il 60% del massimo disponibile. L’impegno dello pneumatico può essere ridotto al 50% se la velocità del veicolo è superiore a 80 km/h.