Tyre health monitoring with Cyber™ Tyre: air loss and internal damage detection via tyre-mounted sensors

Maintaining proper tyre health is crucial for fuel efficiency, tyre lifespan, comfort, and, above all, safety. Traditional monitoring methods rely on visual inspection and infrequent pressure checks, which can be subjective and miss developing problems. Tyre-mounted sensors offer a promising alternative for continuous and comprehensive tyre health monitoring. This thesis investigates the use of embedded sensors mounted directly on tyres to monitor various health parameters, under the framework of the Cyber™ Tyre project, born from Pirelli Tyre S.p.A. in collaboration with the Politecnico di Milano. The goal is to develop a system that, measuring tyre temperature, pressure, and inner-liner accelerations, can detect air leakage earlier than usual methods and potential internal damage. At first, a statistical study is applied to analyze the high risk and the occurrence frequency of tyre defects using different datasets. Then, Early deflation detection is analyzed deeply, constructing different algorithms using advanced signal analysis and machine learning techniques based not only on the measurement of the tyre pressure but also on the tyre temperature. Actual data from a market test are used to assess the proposed algorithms. Later, another case is analyzed: internal damage of bead turn-up separation. A comparative analysis is constructed between a healthy and a faulty tyre, on a dataset acquired in an indoor test on a drum machine. Different test conditions and speeds are chosen to fully study the performance of the features. The project aims to develop a prototype tyre health monitoring system using embedded in-tyre sensors. This system will provide real-time data on various tyre health metrics, allowing drivers and fleet managers to proactively address potential issues, increasing the overall safety of the vehicle.

Mantenere una corretta salute degli pneumatici è fondamentale per i consumi di carburante, la durata degli pneumatici, il comfort e soprattutto la sicurezza. I metodi tradizionali si basano sull'ispezione visiva e su controlli poco frequenti della pressione, che oltre ad essere soggettivi e possono non consentire l’individuazione di problemi in via di sviluppo. I sensori montati sui pneumatici offrono un’alternativa promettente per il monitoraggio continuo e completo dello stato dei pneumatici. Questa tesi indaga l'uso di sensori integrati montati direttamente sui pneumatici per monitorare vari parametri di salute, all’interno del progetto Cyber™ Tyre, nato da Pirelli Tyre S.p.A. in collaborazione con il Politecnico di Milano. L’obiettivo è sviluppare un sistema che, misurando la pressione, la temperature e le accelerazioni dello pneumatico, sia in grado di individuare la perdita di pressione e monitorare potenziali danni interni. Inizialmente viene applicato uno studio statistico per decidere l’alto rischio e la frequente di insorgenza di difetti degli pneumatici utilizzando diversi set di dati. Quindi, il rilevamento precoce della perdita di pressione viene analizzato in maniera approfondita, costruendo diversi algoritmi per mezzo di tecniche avanzate di analisi del segnale e machine learning, basati non soltanto sul monitoraggio della pressione dello pneumatico, ma anche sulla temperatura. Per valutare gli algoritmi proposti sono stati usati dei dati reali provenienti da test di mercato. In seguito, viene analizzato un ulteriore caso, un difetto interno, e cioè distacco degli strati a livello del tallone-fianco. Per far ciò, è stata costruita un'analisi comparativa tra uno pneumatico sano e uno pneumatico che presentava il danno, da una campagna test indoor su macchinario con tamburo. Sono state scelte diverse condizioni e velocità di test per studiare a fondo le prestazioni degli algoritmi. Il progetto mira a sviluppare un prototipo di sistema di monitoraggio della salute dei pneumatici utilizzando sensori incorporati nello pneumatico. Questo sistema fornirà dati in tempo reale su vari parametri di salute dei pneumatici, consentendo agli autisti e ai gestori delle flotte di affrontare in modo proattivo potenziali problemi aumentando la sicurezza complessiva del veicolo.