Modal model for the tire-road contact forces estimation based on smart-tires data

The object of the present work is the development of a model for the real-time estimation of the tire-road contact forces. It falls within the Cyber TyreTM project, carried on by Pirelli S.p.A. and Politecnico di Milano, aimed at making the tire an active element for the control and the safety of the car. The application of a tri-axial accelerometer on the inner liner, makes the tire a component integrated in the control system and a source of important information. From the accelerations measured many indications can be taken. Among them, in particular, interesting information on the contact forces can be extracted. Through a proper processing of the signals the deformation of the tire in the contact patch can be identified, which is then exploited to derive the forces responsible of such deformation. The mean through which this last procedure is carried out is the object of this thesis: a modal model that takes the deformation as input and gives back as output the contact forces. This model represents a completely new approach to the contact forces estimation problem with respect to the correlative methods adopted in the past years and it has proven to be effective from the computational point of view and accurate in the results provided. The updates introduced in this work allowed to adapt the algorithms developed to the next generation of the Cyber TyreTM hardware, to take into account some contributions of the accelerations that were previously excluded, bringing an improvement in the reconstruction of the deformation, and allow also a more complex analysis of the problem thanks to the review of the formulation of some parameters of the model.

L’oggetto del presente elaborato è lo sviluppo di un modello per la stima in tempo reale delle forze di contatto tra pneumatico e strada. Questo lavoro si inserisce all’interno del progetto Cyber TyreTM, sviluppato da Pirelli S.p.A. in collaborazione con il Politecnico di Milano, volto a fare dello pneumatico un elemento attivo nel controllo e nella sicurezza della vettura. L’applicazione di un accelerometro triassiale sull’inner liner rende lo pneumatico parte integrante del sistema di controllo del veicolo e ne fa una fonte di preziose informazioni. Dalle accelerazioni misurate possono essere estratte molte informazioni. Tra queste, in particolare, si possono individuare importanti indicazioni relative alle forze di contatto. Attraverso un’opportuna analisi dei segnali si può identificare la deformazione dello pneumatico in corrispondenza dell’impronta di contatto, la quale è poi sfruttata per individuare le forze che l’hanno causata. Il mezzo che consente di eseguire questo ultimo passaggio è l’oggetto di questa tesi: un modello modale che prende come input la deformata dello pneumatico e restituisce in output il valore delle forze di contatto applicate. Questo modello, costituisce un modo completamente nuovo di affrontare il problema della stima delle forze rispetto ai metodi correlativi utilizzati negli anni precedenti e ha dimostrato di essere efficace dal punto di vista computazionale e accurato nei risultati proposti. Gli sviluppi proposti in questo lavoro consentono di adattare gli algoritmi sviluppati all’hardware della nuova generazione di sensori, di prendere in considerazione gli effetti di alcuni contributi delle accelerazioni che in precedenza non erano considerati, portando un miglioramento nella ricostruzione della deformata, e consentono inoltre di effettuare un’analisi più complessa del problema grazie alla revisione nell’espressione di alcuni parametri del modello.