Development and validation of the digital twin of the MoLAS tire testing laboratory

This thesis focuses on the development and validation of the digital twin of the MoLAS system. The MoLAS is a moving tire testing laboratory which allows the full characterization of a tire, providing high flexibility in both the amount of different tire sizes that can be mounted and tested and in the amount of different conditions under which the tire can be studied. A description of the MoLAS structure is provided, focusing on the main subsystems which allow the experimental procedures for tire testing. The digital twin is then introduced, describing all its parts and their interactions, including the mechanical driveline, the double suspension stage system, the steering system and the compliances of the MoLAS structure. To simulate tire dynamics, a tire model is used, which is the SWIFT model developed by Hans B. Pacejka. A precise description of the equations of motion and how they were obtained is provided. The digital twin is then tested by performing a series of simulations whose results are compared with the available experimental data, to validate the model and to evaluate its accuracy. Finally, some examples of the applications of the model are presented, including the analysis of the effects of the drum curvature and a study of the braking instability phenomenon occurring in real tests, discussing possible solutions to the problem.

Questa tesi si concentra sullo sviluppo e la validazione del gemello digitale del sistema MoLAS. Il MoLAS è un laboratorio mobile per prova di componenti automobilistici che permette la completa caratterizzazione di un pneumatico, fornendo alta flessibilità sia in termini di dimensione di pneumatici caratterizzabili sia in termini di condizioni in cui il pneumatico può essere studiato. Una descrizione della struttura del MoLAS è fornita, concentrandosi sui principali sottosistemi che permettono le procedure sperimentali per i test sugli pneumatici. Viene poi introdotto il gemello digitale, descrivendo tutti i suoi componenti e le loro interazioni, includendo la trasmissione, il sistema a due stadi di sospensione, il sistema dello sterzo e le cedevolezze della struttura del MoLAS. Un modello di pneumatico è utilizzato per simularne la dinamica, ovvero il modello SWIFT sviluppato da Hans B. Pacejka. Una descrizione precisa delle equazioni di moto e come sono state ottenute è fornita. Il modello digitale è poi testato eseguendo una serie di simulazioni i cui risultati sono comparati con i dati sperimentali disponibili, per validare il modello e valuatare la sua accuratezza. Infine, alcuni esempi di applicazione del modello sono presentati, comprese l’analisi degli effetti della curvatura del drum e uno studio sul fenomeno di instabilità durante la frenata che compare nei test reali, discutendo possibili soluzioni al problema.