Progetto di una smart wheel per quadriciclo leggero

In the present work the design of a measuring hub for light vehicles is presented. The device, also called “Smart Wheel”, is a multi-axis load/torque sensor able to measure the three forces and three moments generated between the tire and the ground. The system is composed by a three spokes structure constrained to the rim wheel by means of three special joints specifically designed. The spokes deformation, sensed by means of strain gauges, provides the forces and moments acting on the wheel. Some analytical and numerical (CAD, FEM) models have been implemented in order to evaluate Smart Wheel performance. The optimal values of the device parameters (stiffness of the structure, properties of the joints, strain gauges position, etc.) have been calculated using an algorithm in according with TUV standard criteria. A limited mass sensor with good accuracy has been finally developed. Measuring in real-time wheel-ground forces and moments will allow improvements in Vehicle Dynamics Control (VDC), with consequent advantages on active safety.

Il presente lavoro di tesi si riferisce al progetto di una ruota dinamometrica per veicoli leggeri. Si tratta di un sensore multi assiale, denominato “Smart Wheel”, in grado di misurare le tre forze e le tre coppie agenti tra lo pneumatico e il terreno. Il sistema è composto da una struttura a tre razze vincolata al canale del cerchio attraverso speciali giunti di collegamento, appositamente progettati. La deformazione delle razze, letta da un sistema di estensimetri, fornisce le forze e i momenti agenti sulla ruota. Per valutare il comportamento della ruota dinamometrica sono stati sviluppati alcuni modelli analitici e numerici (CAD, FEM). L‟ottimizzazione dei parametri del dispositivo (rigidezza della struttura, caratteristiche dei giunti, posizione degli estensimetri, ecc.) è stata condotta utilizzando un algoritmo di calcolo, nel rispetto delle norme di omologazione TUV. Importanti obiettivi raggiunti sono stati la ricerca di una massa limitata e di una buona sensibilità del sensore di misura. La conoscenza in tempo reale delle forze e delle coppie tra pneumatico e terreno consentirà di migliorare i sistemi di controllo dinamico del veicolo (VDC), con conseguenti benefici sulla sicurezza attiva.