Measuring and identifying the mechanical properties of bicycle tyres

The increasing of the daily travels by means of vehicles of the micro-mobility has led to the creation of a multitude of studies on the vehicle's safety. In 2019 the Politecnico di Milano has designed an innovative test rig for the specific characterization of the bicycle tyres properties, named 'Vetyt' (Velo Tyre Tester). In this thesis work, the results of the first 'Vetyt' experimental campaign are presented. In particular, the tests are aimed to the complete characterization of a bicycle tyre. Before carrying out the laboratory tests, studies aimed to increase both the torsional stiffness of the test rig and the reliability of the experimental data were performed. Once refined the test rig by means of the replacement of the roller bearings and of the universal cardanic joint, the experimental campaign was carried out. The tests were performed employing different rims (deformable and rigid) and by varying the most important bicycle parameters. Different tests were carried out by varying the vertical load acting on the wheel, the camber angle and the side-slip angle. The curves and the experimental results are consistent with the theory explained by the Brush model and Pacejka. The employment of different rims allowed to investigate the effect of the rim deformability and pointed out the influence of this parameter on the measurement of the self-aligning moment. The replacement of a worn tyre with a new one with less evident wear made clear that this parameter cannot be neglected to provide a complete tyre characterization, especially to ensure the reproducibility of the experimental data.

L'incremento degli spostamenti tramite veicoli della micro - mobiltà ha portato alla nascita di numerosi studi sulla sicurezza di tali mezzi. Nel 2019 il Politecnico di Milano ha deciso di sviluppare un sistema innovativo per la misura specifica delle caratteristiche degli pneumatici di bicicletta, chiamato 'Vetyt' (Velo Tyre Tester). In questo lavoro di tesi vengono presentati i risultati della prima campagna sperimentale del 'Vetyt' che hanno portato alla caratterizzazione di uno pneumatico. Prima di condurre le prove di laboratorio, sono stati effettuati degli studi per incrementare la rigidezza torsionale del sistema al fine di migliorare l'affidabilità e la riproducibilità dei dati sperimentali. Una volta affinato il banco prova attraverso la sostituzione dei cuscinetti radiali e del giunto cardanico è stata effettuata la campagna sperimentale. I test sono stati condotti mediante l'uso di due differenti cerchi (deformabile e rigido) e andando a modificare i principali parametri che influenzano il comportamento dello pneumatico. Diverse prove sono state effettuate modificando il carico verticale agente sulla ruota, l'angolo di camber e l'angolo di deriva. Le curve ottenute forniscono dati sperimentali utili per avvalorare le nozioni teoriche esposte dal modello 'a spazzola' e di Pacejka. L'utilizzo di due cerchi differenti ha permesso di approfondire l'effetto della deformabilità del cerchio comprendendo l'entità dell'influenza di tale parametro sulla misura del momento autoallineante. La sostituzione di uno pneumatico usurato con uno con meno usura ha permesso di evidenziare quanto questo parametro sia un fattore non trascurabile per una completa caratterizzazione dello pneumatico, specialmente nell'ottica di ottenere dati riproducibili.