Development and experimental assessment of a control logic for hydroplaning prevention, based on a novel tyre model

The phenomenology of hydroplaning plays a crucial role in road safety, limiting the traction of tyres due to the presence of water under them. This phenomenon is closely related to the vehicle speed, the depth of water on the road surface and the state of the tyres, affecting crucial parameters such as cornering stiffness, relaxation length and friction coefficient, as demonstrated by past studies. The aim of this thesis is to develop a tyre model capable of representing behaviour in hydroplaning conditions, considering various parameters in order to make it versatile. The model is implemented in offline simulations, integrated with a human driver model, to analyze the behavior and limits of the tires as boundary conditions change. In order to maximise safety, a control strategy was developed using smart tyres. This strategy intervenes to reduce vehicle speed in hydroplaning conditions, adapting to different driving situations, including understeer and oversteer corrections during turns. Finally, through an experimental campaign at the driving simulator of Politecnico di Milano (DriSMi), a sample of human drivers was involved. The aim was to obtain feedback to evaluate both model and control strategy. This study paves the way for further developments, such as activating control logic from vehicle data, testing control logic under different friction conditions between right and left sides (mu-split), the introduction of a model to represent the brake torque actuation system and the optimization of the control logic.

La fenomenologia dell'acquaplano svolge un ruolo cruciale nella sicurezza stradale, limitando la trazione degli pneumatici a causa della presenza d'acqua sotto di essi. Questo fenomeno è strettamente correlato alla velocità del veicolo, alla profondità dell'acqua sulla superficie stradale e allo stato degli pneumatici, influenzando parametri cruciali come la rigidezza di deriva, la lunghezza di rilassamento e il coefficiente di attrito, come dimostrato da studi passati. La presente tesi mira a sviluppare un modello di pneumatico in grado di rappresentare il comportamento in condizioni di acquaplano, considerando vari parametri al fine di renderlo versatile. Il modello è implementato in simulazioni offline, integrate con un modello di driver umano, per analizzare il comportamento e i limiti degli pneumatici al variare delle condizioni al contorno. Nell'ottica di massimizzare la sicurezza, è stata elaborata una strategia di controllo utilizzando pneumatici intelligenti. Questa strategia interviene per ridurre la velocità del veicolo in condizioni di acquaplano, adattandosi alle diverse situazioni di guida, comprese le correzioni di sottosterzo e sovrasterzo durante la percorrenza di curve. Infine, attraverso una campagna sperimentale presso il simulatore di guida del Politecnico di Milano (DriSMi), si è coinvolto un campione di driver umani. L'obiettivo è stato ottenere un feedback per valutare il modello e la strategia di controllo. Questo studio apre la strada a ulteriori sviluppi, come l'attivazione della logica di controllo da dati veicolo, test sulla logica di controllo in condizioni di attrito differenti tra lato destro e sinistro (mu-split), l'introduzione di un modello per rappresentare il sistema di attuazione della coppia frenante e l'ottimizzazione della logica di controllo.