On road tyre longitudinal parameters identification for different vehicle categories

The purpose of this work is increasing the longitudinal tyre model availability for three vehicle categories: car, tractor and motorcycle. Tyre models are lacking during the design phase, when the vehicle is conceived: the characteristic curves are generally obtained with an indoors procedure, but the number of modelled tyres is limited and some are not characterized at all, like large tyres. Tyre models are also required when the vehicle circulates, because tyre operative conditions change and so does their behaviour; the updated characteristics are needed to integrate them in the vehicle control logics. This model has to be identified by the vehicle itself, with a periodical onboard estimation. The focus of this work is the on road characterization of the Magic Formulae longitudinal parameters: tyres are mounted on a vehicle and used in real conditions. The on road estimation is divided in two scenarios, proving ground and open road. Proving ground characterization uses a specific manoeuvre set and additional instrumentation, providing an alternative to the indoors one. The open road is the everyday driving on ordinary roads, where the goal is the periodical onboard estimation, using the vehicle original equipment only. In both scenarios, a common identification procedure is followed: the engaged friction and the longitudinal slip are evaluated and combined into tyre operational points, adapting their estimation to the vehicle peculiarities and the scenario features. For each considered vehicle, a step forward in the tyre model estimation is achieved. For cars, the open road procedure includes the braking phase, allowing to scale the stiffness of the original model on the actual tyre status for all the wheels, driven and non-driven ones, with an onboard implementable procedure. For tractors, both a proving ground and open road procedures are defined, showing that an agricultural on road characterization is achievable. The open road estimation tries to replicate the proving ground signals with the original instrumentation only, obtaining similar tyre behaviours, both on asphalt and on plastic soil. For motorcycles, a proving ground characterization procedure is defined to estimate the complete tyre model, by performing a series of specific manoeuvres, using original equipment only and obtaining the Magic Formula parameters. In the three categories analysed, the model estimation is achieved, improving the existing characterization procedures and opening the way to new ones.

Lo scopo di questo lavoro è quello aumentare la disponibilità dei modelli longitudinali di gomma per tre categorie di veicoli: auto, trattori e moto. I modelli di gomma mancano nella fase di progettazione, dove il veicolo è concepito: le curve caratteristiche sono generalmente ottenute da procedure indoors, ma il numero di gomme modellizzate è limitato e alcune non sono caratterizzate del tutto, come i grandi pneumatici. Il modello di gomma è necessario anche quando il veicolo circola, perché le condizioni operative dello pneumatico cambiano, come cambia anche il loro comportamento; le caratteristiche aggiornate sono richieste per integrarle nei sistemi di controllo. Questo modello deve essere identificato dal veicolo stesso, con una stima periodica a bordo. Questo lavoro è focalizzato sulla caratterizzazione su strada dei parametri longitudinali delle Magic Formulae, dove le gomme sono montate su un veicolo e usate in condizioni reali. La stima su strada è divisa in due scenari: il campo prova e l’open road; la caratterizzazione in campo prova si basa su uno specifico set di manovre e sull'uso di strumentazione addizionale, fornendo un’alternativa alla procedura indoors. L’open road consiste nella guida quotidiana su normali strade; qui l’obiettivo è la stima periodica a bordo veicolo, utilizzando solamente la strumentazione originale. In entrambi gli scenari, viene seguita una procedura comune: lo scorrimento longitudinale e l’attrito istantaneo sono valutati e combinati nei punti operazionali della gomma, adattando la loro stima alle caratteristiche dei veicoli e dello scenario. Per ogni veicolo considerato, è stato fatto un passo avanti nella stima dei modelli di gomma. Per le auto, la procedura open road include la fase di frenata, permettendo di scalare la rigidezza del modello di partenza sullo stato effettivo della gomma per tutte le ruote, traenti e condotte, con una procedura implementabile a bordo. Per i trattori, sono definite sia una procedura in campo prova che in open road, dimostrando la realizzabilità dell’identificazione su strada. La stima open road cerca di replicare i segnali del campo prova con la sola strumentazione originale, ottenendo comportamenti simili della gomma, sia su asfalto che su suolo plastico. Per le moto, viene definita una procedura di caratterizzazione in campo prova per stimare il modello completo di gomma, eseguendo specifiche manovre, usando solamente la strumentazione originale e ottenendo i parametri della Magic Formula. Nelle tre categorie analizzate, viene ottenuta la stima dei modelli, migliorando le esistenti procedure di caratterizzazione e aprendo la strada a delle nuove.