A semi-trailer for a moving laboratory. Complete measuring system and semi-trailer design

This thesis work is aimed to present the MoLaS system, an ambitious project developed by the mechanical department of Politecnico di Milano, consisting in an outdoor tyre characterisation system installed on a truck semi-trailer. Part of the work regarding the semi-trailer design was carried out in a previous thesis work, however continuous updates has been necessary in order to be compliant with all the constraints of such a complex system. The choice of the semi-trailer is related to the space required in order to accommodate all the necessary testing equipment to complete the project. The focus of the test will be automotive tyres, from small 16” tyres to big 24” sport SUV’s tyres, the possibility to apply driving torque to the wheel hub is an exclusive right of the MoLaS system, moreover braking torque, camber angle and steering angle can be varied for deep understanding of the tyre behaviour and performance. MoLaS is a complex project in which a lot of different subsystems, mechanical and electrical, must coexist and therefore an accurate compliance analysis must be carried out. Moreover, design processes must be followed by strict compliance to international standards, in particular regarding safety issues and homologation procedures. This work focuses on the design and validation of the measuring system, namely the central part of the semi-trailer. Always taking into consideration the interaction between the two structures: the measuring station and the semi-trailer. Considering the heavy load that these two parts must support without having mechanical failures and minimising the deformations in order to increase the accuracy of the measures. Standard design procedures have been followed together with FE analysis. An important thing to consider, regarding the contents of the thesis, is that the structure does not reflect the chronological order of the design process; different design variables were regularly updated in an iterative way, taking care of the results of the simulations and some considerations faced during the building of the work. Furthermore, expert technical advices and opinions were crucial to identify any issues, in compliance with regulations and to be able to perform a smart design. The result of the thesis is a measuring station fully developed and designed to be installed on a truck semi-trailer, to realise the project MoLaS.

Lo scopo di questa tesi è quello di presentare il sistema MoLAS, un ambizioso progetto sviluppato dal Dipartimento di meccanica del Politecnico di Milano, che consiste in un sistema per la caratterizzazione degli pneumatici nel mondo reale, installato su un semirimorchio appositamente studiato. Parte del lavoro di progettazione del semirimorchio è stato svolto in una precedente tesi, ma continui sviluppi si sono resi necessari per renderlo compatibile con le esigenze ed i vincoli che interessano un progetto così complesso. La scelta di installare il sistema di misura su un semirimorchio è dettata da un’esigenza di spazio richiesto per accogliere tutti i sistemi di prova necessari. Il sistema è stato concepito per testare pneumatici automobilistici, da 16” a 24”. La peculiarità del MoLAS risiede nella possibilità di applicare coppia motrice allo pneumatico in prova, ciò rende unico il laboratorio mobile. Inoltre è possibile applicare coppia frenante, angolo di camber, angolo di sterzo e carico verticale al fine di ottenere un’accurata analisi delle prestazioni e del comportamento dello pneumatico oggetto di prova. Il MoLAS è un progetto complesso nel quale diversi sottosistemi, meccanici ed elettronici, devono coesistere ed essere integrati senza entrare in conflitto tra loro. La progettazione di tutti i componenti è stata svolta tenendo in considerazione il rispetto delle normative internazionali vigenti in materia di sicurezza e procedure di omologazione. Questa tesi è focalizzata principalmente sulla progettazione e verifica del sistema di misura del MoLAS, installato nella parte centrale del semirimorchio. Si è tenuto sempre in considerazione l’interazione tra i due sistemi: la stazione di misura ed il semirimorchio, al fine di ottenere una struttura in grado di sopportare gli elevati carichi ai quali è sottoposta. Si evitano così problemi strutturali e si minimizzano le deformazioni al fine di ottenere misure il più possibile accurate. A tale scopo oltre alle tecniche di progettazione classica, modelli ad elementi finiti sono stati impiegati. Riguardo la tesi è importante sottolineare che la struttura non riflette l’ordine cronologico della progettazione, poiché continui aggiornamenti si sono resi necessari al fine di raggiungere lo scopo. Infine le opinioni di esperti del settore sono state fondamentali per individuare possibili criticità ed assicurare il rispetto delle normative vigenti. Il risultato di questa tesi è una stazione di misura completamente sviluppata e pronta per essere installata su un semirimorchio, per svolgere le procedure di test.