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• vehicle's dynamics
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EN: This thesis aims to find a model to describe the effects of tire's wear on vehicle's dynamics. The work begins with the analysis of track datas to identify the correct indexes of tire's performance during laps; the chosen ones are lap time and average understeer on the single lap. The analysis has several steps. First of all a filter is applied to the acquired channels, then a rigorous mathematical definition of the understeer is proposed using only the channels available in the track data acquisition. A mathematical average operation is applied to the new channel to consider a single value of it for every single lap to obtain its evolution lap by lap. The obtained evolutions of lap time and average understeer have to be reviewed removing the contributions of traffic, fuel consumption and compound thermal effect to isolate the effect of tire's wear alone.
The output of the work is a mathematical function that expresses the decreasing of tire's performance, by scaling the grip of the tire's Pacejka characteristic by means of a factor called k, with tire's wear. The evolution of k as a function of wear was found repeating virtually the evolution of the two vehicle's dynamics' indexes: only a proper value of a front axle k coefficient and a rear axle k coefficient can guarantee a proper repetition of the two indexes' evolutions obtained from the track data rework. Once the evolution of the two factors is obtained, a mathematical interpretation of the wear is needed to calculate its value lap by lap. This definition has to express the link between the vehicle's dynamics' entities and the wear, so it will guarantee an higher value of wear if the tire is more stressed, and has to be a function of only the channels available from the dynamic simulation of the vehicle, so the wear is directly linked to the perfomance required to the vehicle by the driver. Once the definition is accepted, calculating the value of the wear lap by lap, it is possible to obtain the evolution of k with the wear.
The model, after its check, has been used in two ways: to study the effects of setup changes on vehicle's dynamics and tire's wear and on the prefessional driving simulator to reproduce tire's performance during laps.
IT: Questo lavoro di tesi mira all'elaborazione di un modello che descriva l'effetto che l'usura dei pneumatici ha sulla dinamica veicolo. Per giungere a questo scopo è stata analizzata un'acquisizione di pista dalla quale è stato determinato l'effetto di essa sugli andamenti di tempo e sottosterzo medio sul giro nel corso dei passaggi. Queste due grandezze sono state considerate due adeguati indici riassuntivi delle performance dinamiche del veicolo. Tale analisi si è articolata in diversi step. Dapprima è stato necessario filtrare i dati provenienti dai sensori montati in macchina e successivamente definire in modo matematicamente univoco il sottosterzo come funzione dei canali che si hanno a disposizione all'interno dell'acquisizione. Una successiva operazione di media aritmetica al nuovo canale creato sarà quindi necessaria per ottenere un singolo valore di sottosterzo per giro in modo da rappresentarne l'andamento nel corso di tutto il long run. Successivamente è stato necessario rielaborare gli andamenti ottenuti per eliminare il contributo del traffico, del consumo di carburante e dell'effetto termico sulla gomma (che non è stato preso in considerazione nel lavoro). In questo modo si è isolato il solo contributo dell'usura dei pneumatici.
Attraverso la riproduzione virtuale di questi andamenti è stata tarata una funzione matematica che lega il valore di un coefficiente peggiorativo, indicato con k, della caratteristica di Pacejka dello pneumatico al numero del giro nel corso del long run preso a riferimento: solamente i giusti valori di due coefficienti k, uno relativo all'assale anteriore e uno a quello posteriore, assicurano una riproduzione fedele dei due andamenti nel corso dei giri. Una volta scelta la corretta evoluzione di ognuno dei coefficienti k è stato necessario fornire una definizione matematica univoca dell'usura per calcolarne il valore numerico nel corso dei giri. Tale definizione deve tenere di conto delle grandezze della dinamica veicolo in modo da risultare più alta se la gomma viene maggiormente stressata e in più deve dipendere dalle sole grandezze ricavabili dalla simulazione della dinamica del veicolo così da essere strettamente legata alle performance che il pilota richiede alla vettura. Una volta accettata la definizione è possibile ottenere l'andamento dei due coefficienti k in funzione dell'usura semplicemente calcolandone il valore per ogni giro.
A completamento del lavoro svolto il modello elaborato è stato dapprima verificato e successivamente applicato, sia per la valutazione di scelte di carattere progettuale, sia al simulatore di guida in cui la sua affidabilità è stata messa alla prova da un pilota professionista.