Finite element analysis and performance assessment of new sensorized aluminum alloy wheels

Lightweight construction of wheels contributes to CO2 reduction, in parallel, the need to increase safety promotes their sensorization, in order to monitor the status of the vehicle. The aim of the present work is to investigate, by means of numerical FEM software, the possible integration of a vertical load sensor into an aluminum wheel. The technology refers to capacity measurement. The sensor integration implies a structural modification of the rim, that consists into the realization of a pocket. Possible pocket locations have been analyzed. Proper force models able to reproduce the tyre-rim contact have been used, in particular, a complete model of the tyre has been employed. The simulations have been implemented in the ABAQUS. The nodal displacements of superior and inferior pocket wall have been subsequently quantified through MATLAB. Such outputs allow to evaluate the theoretical performance of the sensor, starting from its mathematical model. As the most appropriate position has been found, the final dimensions of the pocket are derived by means of fatigue analysis and low and high energy radial impact simulations, which finally assess the new proposed solution.

La costruzione di ruote leggere in lega di alluminio ha contribuito alla riduzione di CO2, in parallelo, la necessità di aumentare la sicurezza ha promosso la loro sensorizzazione, al fine di monitorare lo stato del veicolo. Lo scopo del presente lavoro è investigare, attraverso analisi FEM, la possibile integrazione di un sensore per carichi verticali su un cerchione in lega di alluminio. La tecnologia si riferisce ad una misura di tipo capacitivo. L'integrazione del sensore prevede una modifica struttuale del cerchione, consistente nella relizzazione di una tasca. I possibili posizionamenti della tasca sono stati analizzati. Modelli di forza capaci di riprodurre il contatto pneumatico-cerchione sono stati utilizzati, in particolare un modello completo di pneumatico è stato impiegato. Le simulazioni sono state implementate in ABAQUS. Gli spostamenti nodali della parete superiore ed inferiore della tasca sono stati in seguito quantificati attraverso MATLAB. Questi output hanno permesso la valutazione delle performance teoriche del sensore, partendo dal suo modello matematico. Una volta individuata la posizione pi u appropriata, il dimensionamento finale della tasca e stato e ettuato mediante studio sulla resistenza a fatica e ad impatto ad alta e bassa energia, che accertano in maniera definitiva la fattibilità della nuova soluzione proposta.