Potential friction identification in real driving conditions : sensitivity analysis of some tyre key parameters affecting the identification

This thesis work has been developed during a period of collaboration between Soluzioni Ingegneria Srl and Pirelli Tyre Spa. The objective was to improve the methodology called “Friction Identification Algorithm” (FIA) aimed in estimating the potential friction coefficient on-board of the vehicles. The output of this algorithm is strictly correlated to a correct definition of the tyre longitudinal stiffness. Different works exist about the tyre longitudinal stiffness and how it is affected by different parameters as inflation pressure, wear and underlying surface. For the purpose of this activity different experimental methodologies have been used: indoor tests on Flat Track for the single tyre, outdoor tests in the proving ground and in open road on board of the vehicle. Starting from the results obtained for the different factors that affect the tyre characteristic, specific solutions has been adopted. A Simulink model able to calculate the relaxation length of the tyre has been integrated in the FIA one. For the effect of the inflation pressure variation an analytical formulation of the tyre longitudinal stiffness with pressure is provided. To take into account the wear a more detailed analysis has been done, being fundamental to provide a methodology easy to be implemented on board. Tyre wear affects the tyre longitudinal stiffness: its value increases up to a maximum and then decreases. Indoor tyre characterization at different level of wear has been done and compared with the results obtained from outdoor tests. The outdoor procedure allowed to naturally worn the tyre and to provide also some measurements of the tread depth and footprint variations. An analytical formulation able to correlate this behaviour with the tread depth is not of interest for the on-board implementation and it would require an extensive experimental activity for each tyre specification. For this reason a different solution has been chosen: it has been developed a procedure to update directly on board the current longitudinal stiffness value based on the acquired data. This methodology results a valid alternative and provides similar longitudinal stiffness values to the indoor and outdoor tests.

Questo lavoro di tesi è stato sviluppato durante un periodo di collaborazione tra Soluzioni Ingegneria Srl e Pirelli Tyre Spa. L’obiettivo era quello di migliorare la metodologia denominata "Friction Identification Algorithm" (FIA) finalizzata a stimare il coefficiente di attrito potenziale a bordo dei veicoli. L'output di questo algoritmo è strettamente correlato a una corretta definizione della rigidezza longitudinale del pneumatico. Esistono diversi articoli sulla rigidezza longitudinale del pneumatico e su come essa sia influenzata da diversi parametri come la pressione di gonfiaggio, l'usura e la superficie sottostante. Per raggiungere questo obiettivo sono state utilizzate diverse metodologie sperimentali: test indoor su Flat Track per il singolo pneumatico, test outdoor in pista e in open-road a bordo del veicolo. Partendo dai risultati ottenuti per i fattori che influenzano le caratteristiche dello pneumatico specifiche soluzioni sono state adottate. Un modello Simulink in grado di calcolare la lunghezza di rilassamento del pneumatico è stato integrato nel modello FIA. Per l'effetto della variazione della pressione di gonfiaggio è stata trovata una formulazione analitica che descrive la rigidezza longitudinale del pneumatico al variare della pressione. Per il fenomeno dell'usura invece una più approfondita analisi è stata eseguita, essendo fondamentale trovare un metodo di facile implementazione a bordo vettura. L'usura delle gomme influisce sulla rigidezza longitudinale del pneumatico: il suo valore aumenta fino a un massimo e quindi diminuisce. La caratterizzazione indoor dei pneumatici con diversi livelli di usura è stata confrontata con i risultati ottenuti dai test su veicolo. La procedura outdoor ha permesso di usurare naturalmente il pneumatico e di misurare la profondità del battistrada e le variazioni dell’impronta di contatto. Una formulazione analitica in grado di correlare la rigidezza longitudinale con la profondità del battistrada non è di interesse per l'implementazione a bordo e richiederebbe una vasta attività sperimentale per ogni specifica di pneumatico. Per questo motivo è stata scelta una soluzione diversa: è stata sviluppata una procedura per aggiornare direttamente a bordo l'attuale valore di rigidezza longitudinale in base ai dati acquisiti. Questa metodologia risulta un'alternativa valida e fornisce valori di rigidezza longitudinale simili a quelli ottenuti nei test indoor ed outdoor.