Costruzione di una smart wheel per motociclo

This thesis focuses on the design, modeling and calibration of a smart wheel, that can be used in the area of MotoGP tests. The aim of the smart wheel is the real-time measurement of the three forces and three moments acting at the tyre-ground interface. This magnesium forged wheel is based on a three spokes structure, whose deformations are sensed by strain gauges, connected to obtain six Wheatstone half-bridges. The link between the spokes and the wheel rim is realized by means of elastic plates. The bridges output voltages allow calculating, through the calibration matrix, the forces at the wheel centre. An encoder measures the rotation angle, that is required in order to project the sensed forces according to an absolute coordinate system. The strain gauges signals can be ltered, ampli ed and digitally converted in a conditioning module, which is fully included into the hub, where the encoder and also the feeding batteries are located. The signals are then wireless transmitted to a remote receiver. In order to enhance and uniform the radial sti ness of the wheel rim, four CFRP disks are bonded to the wheel. A static calibration of the smart wheel has been performed: this proce- dure consists into the application of di erent con gurations of known forces and moments and the acquisition of the corresponding strain gauges signals. The smart wheel has been installed on a calibration rig, tted with a 6-axis load cell. The identi cation of the 36 components of the calibration matrix has been performed through the minimization of the square errors between the applied forces/moments and the smart wheel measurements. The cali- bration enables the assessment of the characteristics of the sensors in terms of uncertainty, linearity and cross-talk; the device shows good accuracy and a low level of cross-talk.

Il presente lavoro di tesi verte sulla progettazione e la taratura di una smart wheel, il cui scopo e la misura in tempo reale delle forze e delle coppie nelle tre direzioni scambiate tra il centro ruota e il terreno. Si tratta di una ruota anteriore, che trova applicazione nel contesto dei test della categoria MotoGP. Il cerchio, in magnesio, ha tre razze collegate al canale tramite lamine elastiche. Ogni razza, in prossimit a dell'attacco al mozzo, e strumentata con quattro estensimetri, collegati a formare sei mezzi ponti di Wheatstone. Dai segnali di tensione in output, e possibile risalire, mediante matrice di calibrazione, alle forze a centro ruota, nel riferimento della ruota. L'angolo di rotazione, necessario per proiettare le forze misurate in un riferimento assoluto sso a terra, e fornito da un encoder. L'elettronica di condizionamento e acquisizione dei segnali, poi trasmessi wireless alla centralina posta a bordo della moto, e completamente integrata nel mozzo, dove si trovano pure le batterie per l'alimentazione e l'encoder. Per incrementare e uniformare circonferenzialmente la rigidezza radiale del canale, si procede all'incollaggio di quattro dischi in carbonio in sedi opportunamente ricavate nel canale stesso. La ruota e stata calibrata con un sistema di taratura, tale da consentirne il bloccaggio e l'applicazione di diverse con gurazioni di carico. In tale sistema e integrata una cella di carico, che d a il riferimento sui carichi in ingresso alla ruota. E stata ricavata la matrice di calibrazione, tramite metodo ai minimi quadrati sulle di erenze fra forze misurate dalla ruota e forze note, fornite dalla cella di riferimento. La taratura ha consentito anche la valutazione delle caratteristiche metrologiche del sensore in termini di incertezza, linearit a e cross-talk; l'accuratezza riscontrata e buona e il cross-talk del dispositivo e limitato.