Development of an experimental methodology for the characterization of a numerical model of the contact forces of a motorbyke tyre

The tire is an extremely important element in vehicle dynamics, since it is the only part of the vehicle in contact with the ground. This is particularly true in the case of motorcycles, which in addition to being intrinsically unstable vehicles, have only two points of contact with the ground, against the four of cars. The tires transmit the forces the vehicle needs to accelerate, brake and turn. The current testing methodology, limited to motorcycle tires, involves tests capable of characterizing the tire only in its lateral behaviour of. It is therefore evident and necessary to bridge, at least in part, the gap that has developed over the years with respect to the method used for car tires, which is more complete and exhaustive. This leads to what is the main purpose of this thesis work, namely the optimization of the current lateral methodology and, above all, the development and validation of new tests capable of characterizing the behaviour of the tires, in terms of forces and moments, also pure longitudinal and combined conditions. These data will then be used to obtain the tire model using a commercial software, thus defining the parameters of the Pacejka Magic Formula in its extensive formulation. The new methodology, therefore, does not have the sole objective of testing the behaviour of the tires in all conditions (pure lateral, pure longitudinal and combined), but also of obtaining models of tires that are more precise and closer to the reality as, to the current state, these characterization can only be estimated. These models are starting to be in demand especially in the Motorsport world, as they allow to optimize the vehicle set-up. This will happen more and more in the future, with the introduction of increasingly developed vehicle and pilot models (which is already happening in the automotive sector). The new methodology will be developed and used on the MTS Flat-Trac machinery and validated on different tires, ranging from road tires to competition applications. This thesis work was developed in the "Research and Development" department of Pirelli Tire SpA, in collaboration with the Mechanical Engineering Department of the Politecnico di Milano.

Lo pneumatico è un elemento estremamente importante nella dinamica dei veicoli, dato che è l’unica parte del veicolo in contatto con il suolo. Questo risulta particolarmente vero nel caso delle motociclette, che oltre ad essere veicoli intrinsecamente instabili, hanno solamente due punti di contatto col suolo, contro i quattro delle automobili. Gli pneumatici trasmettono le forze necessarie al veicolo per accelerare, frenare e curvare. L’attuale metodologia di testing, limitatamente a quanto concerne gli pneumatici motociclistici, prevede lo svolgimento di prove capaci di caratterizzare il comportamento dello pneumatico solo in laterale. Si rende quindi evidente e necessario colmare, almeno in parte, il gap sviluppatosi negli anni rispetto alla metodologia utilizzata per i pneumatici auto, più completa ed esaustiva. Questo porta a quello che è lo scopo principale di questo lavoro di tesi, ovvero l’ottimizzazione della attuale metodologia laterale e, soprattutto, lo sviluppo e validazione di nuovi test capaci di caratterizzare il comportamento degli pneumatici, in termini di forze e momenti, anche in situazioni di puro longitudinale e combinato. Questi dati verranno poi utilizzati per ottenere, tramite un software commerciale, il modello dello pneumatico, andando quindi a definire i parametri della Magic Formula di Pacejka nella sua formulazione estesa. La nuova metodologia, non si pone quindi come unico obiettivo quello di caratterizzare gli pneumatici in tutte le condizioni (puro laterale, puro longitudinale e combinato), ma anche di ottenere dei modelli di pneumatico più precisi e rispondenti la realtà, in quanto allo stato attuale queste caratteristiche possono solo essere stimate. Questi modelli, iniziano ad essere richiesti soprattutto nel mondo Motorsport, poiché permettono di ottimizzare l’assetto del veicolo. Ciò avverrà sempre di più nel futuro, con lo svilupparsi di modelli di veicolo e pilota sempre più sviluppati (cosa che già avviene in ambito automobilistico). La nuova metodologia verrà sviluppata verrà utilizzata sul macchinario MTS Flat- Trac e validata su diversi pneumatici, che vanno da pneumatici stradali fino ad applicazioni da competizione, Questo lavoro di tesi è stato sviluppato nel dipartimento “Research and Development” di Pirelli Tyre S.p.A., in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del Politecnico di Milano.