An approach to tire geometric modelling based on parametric surfaces

Since the 3D modeling software’s were introduced into industrial fields, thousands of products and process have been improved. Still, the efficiently way to handle these powerful tools needs a dedicate modeling strategy, especially for complex shapes as car tire. After doing a geometric analysis of different car tire typologies, we can think the model as grooves featured in a toroidal surface. These grooves follow spatial guide curves supported on it, by which their intersections generate the final geometry of the tire. Using Solid tools as means to carve the tire can make the model imprecise, mainly in the intersections between them, generating very hard to control geometrical elements. Obviously, an imprecise model delivers an incorrect input for further stages. By studying different modelling approaches, I created a system by which one can obtain a macro geometry controlled by numerical parameters and based in a reference system with polar coordinates. Following this principle, we start by generating spatial 3d guide lines always referenced to the main dimensions and profile of the tire (represented by the toroid). Later, on these guide lines, we define some sections, again controlled by parameters and more reference elements, that selected all together generate a multi section surface. From the obtained surfaces, those that correspond to the wall of grooves arise. By reproducing these originals surfaces, in relationship with the pitch variables, we obtain a spatial grid of individual surfaces controlled and referenced from the very beginning. Finally, by cutting and joining these surfaces, we get the desired geometry of the tire. Therefore, this thesis proposes a modeling strategy to develop parametric 3D models of tires design in all their size variants. By using a linked reference system that aims to maintain the accuracy between the real product, the virtual one, and the future modifications that they will suffer in the entire design and production processes. This “experimental” (not yet used in an industrial field) strategy try to reduce time while modelling tire complex shapes and delivering specific geometric information to further stages of the production and design process.

Da quando i software di modellazione CAD 3D si sono inseriti negli ambiti industriali e produttivi, hanno contribuito al miglioramento e all'ottimizzazione dei prodotti e dei processi. Tuttavia, la modellazione di alcuni prodotti complessi come ad esempio uno pneumatico di una vettura, richiede l'applicazione di una procedura di modellazione dedicata. A seguito di un'analisi delle geometrie relative a diverse tipologie di battistrada, si assume che il modello possa essere pensato come un insieme di canali scavati su un toroide (battistrada slick). I canali seguono un percorso, definito da linee guida, giacenti sulla superficie del toroide. I canali e le loro intersezioni, estesi su tutta la circonferenza, determinano la geometria definitiva del battistrada. L’utilizzo di strumenti di modellazione solida può dare come risultato delle geometrie imprecise, soprattutto nelle intersezioni tra i canali. E' stata definita una procedura (tramite lo studio di diverse metodologie) che consente di ottenere una macro geometria del battistrada, totalmente parametrica, basata su un sistema di riferimento polare. Inizialmente si definiscono curve guida appoggiate alla superficie del toroide; lungo esse si definiscono diverse sezioni controllate, che permetto la generazione di superfici multi-sezione. Dalle superfici ottenute, derivano quelle corrispondenti alle pareti dei canali, ruotate e spaziate per ottenere un reticolo di superfici parametriche. Sul reticolo ottenuto, viene eseguita una procedura di taglio, tramite la quale si ottiene la geometria della superficie del battistrada. Questa tesi introduce lo studio sperimentale di una procedura di modellazione basata sull'utilizzo di superfici parametriche per generare modelli 3D del battistrada di pneumatici, adattabili a tutte le varianti dimensionali richieste dal mercato. Questa procedura si focalizza sul contenimento dei tempi di modellazione, ottenendo comunque un modello geometrico consistente e ottimizzato per le seguenti fasi di sviluppo prodotto. I riferimenti usati, mantengono una relazione accurata tra il prodotto reale, quello virtuale e le successive modifiche, imposte dal processo di progettazione e produzione.