Riassunto analitico
L'aderenza dello pneumatico è un argomento complesso che ha ricevuto molte attenzioni da parte della comunità scientifica in questi anni. In letteratura sono presenti vari modelli di pneumatico in grado di stimare le forze scambiate nell'impronta di contatto tra pneumatico e strada a partire dai parametri cinematici della ruota e dalla forza verticale. I due modelli più conosciuti sono la formula magica di Pacejka, modello semiempirico che fitta risultati sperimentali, e il modello fisico a spazzola, che descrive localmente l'impronta di contatto e ottiene risultati globali mediante integrazione. In questa tesi viene proposto un nuovo metodo che utilizza i modelli fisici di attrito di Persson al fine di ottenere mappe di attrito a partire dalle proprietà viscoelastiche della mescola della gomma e dallo spettro di rugosità stradale. Il coefficiente di attrito locale di un blocco di gomma che striscia su di una superficie dura e rugosa è in genere funzione della velocità di strisciamento locale, la temperatura e la pressione di contatto e ha principalmente due contributi: adesione (dovuta a legami molecolari, dipendenti dall'area di contatto) e isteresi (dovuta alla viscoelasticità della gomma e alla sua proprietà di dissipare energia quando viene deformata). I modelli di Persson sono stati in primo luogo validati con i dati presenti in letteratura e in seguito sono stati utilizzati con dei dati sperimentali. Le mappe di attrito che derivano dai modelli di Persson verranno integrate in un modello a spazzola, abbandonando così il modello di attrito di Coulomb, il quale considera il coefficiente di attrito locale come una funzione discontinua della velocità di strisciamento. Il metodo qui proposto permette di prevedere l'effetto di mescole e tracciati diversi sul coefficiente di aderenza globale, inteso come il rapporto tra le forze tangenziali generate nell'interfaccia pneumatico-strada e la forza verticale.
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Abstract
Tyre grip is a complex topic that has received a lot of attention from the scientific community in recent years. There are several tyre models coming from literature which are able to estimate the forces exchanged at the contact patch between the tyre and ground starting from the tyre kinematic parameters and the vertical force. To cite two of the most famous ones, the Pacejka's Magic Formula is a semi-empirical model that fits experimental results, instead the brush model is a physical model which locally describes the contact patch and gets global results through integration. In the present work, a new method is proposed, it uses the Persson's physical grip models from literature to get local grip maps starting from the viscoelastic properties of the rubber compound and the road roughness power spectral density. The local friction coefficient of a rubber block sliding against a rough hard surface is in general a function of the local sliding velocity, the temperature and the contact pressure and it has mainly two contributions: adhesion (related to molecular bondings and dependent on the contact area) and hysteresis (due to the viscoelasticity of rubber and its property to dissipate energy when deformed). Persson's models were firstly validated with literature data and successively used with a own dataset. The grip maps coming out of Persson's models can be integrated in a brush model, by dropping the usual Coulomb friction model which considers the local friction coefficient as a discontinuous function of the sliding velocity. The proposed method allows to predict the effect of different racetracks and rubber compounds in the calculation of the global grip, intended as the ratio between the tangential forces generated at the tyre-road interface and the vertical force.
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