Studio comparativo tra modelli di pneumatico per analisi di dinamica verticale

L’obiettivo del progetto è stato quello di confrontare tra loro vari modelli di pneumatico (Pacejka a singolo punto di contatto, MF-Swift, FTire) su strade disconnesse, analizzando i limiti e le peculiarità di ognuno di essi mediante simulazioni in Adams. In una seconda parte è stato eseguito un confronto tra delle misure su vettura eseguite durante alcuni passaggi ostacoli e le simulazioni delle medesime manovre replicate utilizzando un dataset di coefficienti MF-Swift. Tale lavoro è stato eseguito con la collaborazione di Dallara, Pirelli e MSC Software. 

Figura 1 - Schemi dei modelli Pacejka, MF-Swift e FTire

CONFRONTO TRA I MODELLI DI PNEUMATICO

Inizialmente si è eseguito un confronto dettagliato tra il modello Pacejka ed il modello ad anello rigido MF-Swift, evidenziando l’importanza e gli effetti dell’utilizzo di un metodo di inviluppo. Tale paragone è stato eseguito interamente in ambiente virtuale, utilizzando un modello a quarto di veicolo implementato su Adams View e simulando delle manovre a velocità costante su profili stradali sinusoidali con lunghezza d’onda, velocità ed ampiezza variabili. In questa fase si è deciso di utilizzare un modello di veicolo semplificato in modo tale da avere maggiore controllo e facilità di comprensione dei risultati. Così facendo si è trovato conferma di tutti i limiti numerici trovati in letteratura, acquisendo maggiore comprensione dei motivi di tali limitazioni e dei fattori da tenere particolarmente sotto controllo. I risultati sono poi stati confermati dalle relative simulazioni con un modello di veicolo completo.

Figura 2 - Modello quarter-car e full-vehicle

Successivamente si è fatto un rapido confronto tra i tre modelli (Pacejka, MF-Swift, FTire) simulando dei passaggi traversina, ostacolo in grado di eccitare tutto il contenuto in frequenza del pneumatico e di evidenziare le maggiori differenze tra i modelli. Questa analisi non è stata particolarmente approfondita in quanto del modello FTire non era disponibile un dataset con coefficienti attendibili o quanto meno confrontabili con un dataset di un altro modello. 

Figura 3 - Confronto tra i modelli di pneumatico su un passaggio traversina

ALLINEAMENTO MODELLO MF-SWIFT CON MISURE REALI SU VETTURA

Grazie alla fornitura da parte di Pirelli di una caratterizzazione MF-Swift di un pneumatico reale, è stato possibile eseguire alcune manovre con una vettura Dallara strumentata e confrontare le misure con le simulazioni. Per raggiungere questo obiettivo si è creato su Adams Car il modello del veicolo completo allineato con l’assetto della vettura reale, replicando virtualmente i sensori installati. In particolare sono state eseguite delle manovre in rettilineo a velocità costante su due ostacoli (traversina e dosso artificiale) al variare di velocità e pressione di gonfiaggio.

Figura 4 - Accelerometro portamozzo

Nel confronto tra simulazione e realtà ci si è focalizzati principalmente sull’accelerazione portamozzo in quanto risulta la grandezza maggiormente influenzata dai coefficienti gomma. Dal suddetto paragone è risultato che i risultati delle simulazioni avevano un andamento simile ai segnali reali ma con una carenza importante sui valori di picco. È stato eseguito uno studio di sensibilità ai coefficienti, modificando di conseguenza alcuni coefficienti gomma per rendere simili le simulazioni alle misure. Le modifiche hanno migliorato molto i risultati su tutti i passaggi traversina e dosso artificiale, al variare di velocità e pressione di gonfiaggio.

Figura 5 - Confronto tra le accelerazioni portamozzo simulate e misurate

CONCLUSIONI

Grazie a questo lavoro si sono delineati molto bene i limiti del modello Pacejka. L’azienda ha raccolto molte utili informazioni riguardo a modelli di pneumatico più complessi, decidendo di continuare ad indagare il loro utilizzo anche in altre applicazioni. L’allineamento del modello MF-Swift con le misure reali è sotto analisi congiunta di Dallara e Pirelli, con l’intenzione di continuare la collaborazione per eseguire ulteriori prove sperimentali ed utilizzare anche una caratterizzazione di FTire.

Autore: Matteo Pergoli