Dynamic and static analysis of bicycle tyres tested with indoor test-rig

The aim of this thesis work is to present the results of a dynamic and static experimental campaign performed with the VeTyT test-rig on bicycle tyres. The main target of the campaign was the measurement of the tyre characteristic curves and mechanical properties, as well as understanding the effect of different parameters, such as camber angle, vertical load and inflation pressure, on the measured quantities. The analyses were conducted on three different typologies of tyres: cargo bike, e-bike and road racing bike tyres. In Chapter 1 the current state of the art for the bicycle indoor test-rigs is described, to provide reference elements for the VeTyT test-rig to be compared with. In Chapter 2 a general description of the VeTyT system is provided. Chapter 3 focuses on the analysis of the results obtained though the dynamic tests. After a brief recall of fundamental literature concepts for road vehicle tyres, the lateral force and self-aligning torque characteristic curves of two of the tested tyres, together with their cornering stiffnesses, are provided. On top of that, a comparative analysis of the characteristic curves between tyres with the same functionality, while changing the tyre manufacturer, the tyre width or the tyre compound, is reported, as well as a qualitative analysis between tyres with different functionality. In Chapter 4 the results of the static tests are presented, focussing on important tyre properties, such as the lateral stiffness, vertical stiffnesses and relaxation length. Moreover, an analysis on the contact patch area of the tested road racing bike tyres was performed, verifying the behaviour under different vertical load and inflation pressure conditions. Implemented upgrades and potential improvements to the VeTyT test bench are discussed in Chapter 5. The development of a program automatizing the elaboration process of the acquired data is presented, as well as a preliminary analysis on a possible lateral translation system for the VeTyT structure. Some suggestions for future developments of both the software and the testing system structure are proposed. This thesis work has been elaborated in its entirety by the two authors in cooperation, with the exception of Chapter 5, which presents updates written only by the candidate Isabel Pollini.

Lo scopo di questo lavoro di tesi consiste nel presentare i risultati di una campagna sperimentale dinamica e statica realizzata su pneumatici da bicicletta con il banco di prova VeTyT. Il principale obbiettivo della campagna era la misurazione delle curve caratteristiche degli pneumatici e delle loro proprietà meccaniche, oltre alla comprensione dell’effetto che diversi parametri, come l’angolo di camber, il carico verticale e la pressione di gonfiaggio, hanno sulle grandezze misurate. Le analisi sono state condotte su tre tipologie di pneumatico differenti: da cargo bike, da e-bike e da bici da corsa. Nel Capitolo 1 è descritto l’attuale stato dell’arte per quanto riguarda i banchi prova indoor per biciclette, per fornire degli elementi di riferimento con cui poter comparare il VeTyT. Nel Capitolo 2 è fornita una descrizione generale del sistema del VeTyT. Il Capitolo 3 si focalizza sull’analisi dei risultati ottenuti tramite le prove dinamiche. Dopo un breve ripasso dei concetti fondamentali della letteratura per pneumatici di veicoli da strada, le curve caratteristiche della forza laterale e del momento auto allineante di due degli pneumatici testati, insieme alle loro cornering stiffness, sono fornite. Inoltre, è riportata un’analisi comparativa tra le curve caratteristiche di pneumatici con la stessa funzionalità, ma diversa casa produttrice, battistrada o mescola, oltre a un’analisi qualitativa tra curve con diversa funzionalità. Nel Capitolo 4 sono presentati i risultati delle prove statiche, focalizzati su importanti proprietà dello pneumatico, come la rigidezza laterale, la rigidezza verticale e la lunghezza di rilassamento. Inoltre, è stata condotta un’analisi sull’impronta di contatto degli pneumatici da corsa testati, verificando il loro comportamento per diverse condizioni di carico verticale e pressione di gonfiaggio. Gli aggiornamenti implementati sul banco di prova VeTyT e potenziali migliorie sono discussi nel Capitolo 5. Lo sviluppo di un programma che automatizza il processo di elaborazione dei dati acquisiti è presentato insieme a un’analisi preliminare su un possibile sistema di traslazione laterale per la struttura del VeTyT. Vengono inoltre proposti suggerimenti per gli sviluppi futuri sia del software che della struttura del sistema di prova. Questa tesi è stata sviluppata nella sua interezza dai due autori in collaborazione, con l’eccezione del Capitolo 5 che presenta aggiornamenti scritti esclusivamente dalla candidata Isabel Pollini.