ITTO20110828A1

ITTO20110828A1 - METHOD OF CALCULATION TO DETERMINE THE VALUES TO BE ASSIGNED TO THE PARAMETERS OF A MATHEMATICAL MODEL THAT SIMULATES THE DYNAMIC PERFORMANCE OF THE TIRES OF A VEHICLE DURING THE VEHICLE OF THE SAME VEHICLE

Info

Publication number: ITTO20110828A1
Application number: IT000828A
Authority: IT
Inventors: Simone Rizzuto; Andrea Zorzutti
Original assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-03-16

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:

"METODO DI CALCOLO PER DETERMINARE I VALORI DA ASSEGNARE AI PARAMETRI DI UN MODELLO MATEMATICO CHE SIMULA LE PRESTAZIONI DINAMICHE DEI PNEUMATICI DI UN VEICOLO DURANTE LA MARCIA DEL VEICOLO STESSO" "CALCULATION METHOD FOR DETERMINING THE VALUES TO BE ASSIGNED TO THE PARAMETERS OF A MATHEMATICAL MODEL SIMULATING THE DYNAMIC PERFORMANCE OF A VEHICLE TIRES WHILE THE VEHICLE IS RUNNING"

SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR

La presente invenzione è relativa ad un metodo di calcolo per determinare i valori da assegnare ai parametri di un modello matematico che simula le prestazioni dinamiche dei pneumatici di un veicolo durante la marcia del veicolo stesso. The present invention relates to a calculation method for determining the values to be assigned to the parameters of a mathematical model that simulates the dynamic performance of the tires of a vehicle while the vehicle is running.

ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART

Ai costruttori di pneumatici è frequentemente chiesto di costruire dei pneumatici che si adattino ad uno specifico modello di veicolo, cioè che presentino delle caratteristiche dinamiche che permettano di ottimizzare il comportamento su strada del veicolo. Tire manufacturers are frequently asked to build tires that adapt to a specific vehicle model, that is, that have dynamic characteristics that allow them to optimize the vehicle's behavior on the road.

Nella fase iniziale di progetto di un pneumatico che si deve adattare ad uno specifico modello di veicolo viene normalmente utilizzato un modello matematico che simula le prestazioni dinamiche dei pneumatici durante la marcia del veicolo stesso; l'ausilio del modello matematico è fondamentale per ottimizzare la fase iniziale di progetto (cioè per ottenere il massimo risultato nel minimo tempo) in quanto permette (o meglio dovrebbe permettere) di arrivare a definire un dimensionamento prossimo al definitivo prima di iniziare la costruzione di prototipi da testare in laboratorio e su strada (la costruzione ed il test di prototipi comporta tempi lunghi e costi elevati e quindi, se possibile, i prototipi andrebbero utilizzati solo nella fase finale). In the initial design phase of a tire that must be adapted to a specific vehicle model, a mathematical model is normally used which simulates the dynamic performance of the tires while the vehicle is running; the aid of the mathematical model is fundamental to optimize the initial phase of the project (i.e. to obtain the maximum result in the minimum time) as it allows (or rather should allow) to define a dimensioning close to the definitive one before starting the construction of prototypes to be tested in the laboratory and on the road (the construction and testing of prototypes involves long times and high costs and therefore, if possible, prototypes should be used only in the final phase).

Una volta deciso il modello matematico da utilizzare (cioè una volta decise le equazioni che compongono il modello matematico), è necessario determinare i valori da assegnare ai parametri del modello matematico. In altre parole, ciascuna equazione del modello matematico comprende un certo numero di parametri che devono venire "personalizzati" rispetto al veicolo di cui si vuole simulare il comportamento, cioè a ciascun parametro deve venire assegnato un valore che rispecchia (all'interno del modello matematico) il comportamento fisico effettivo del veicolo di cui si vuole simulare il comportamento. Once the mathematical model to be used has been decided (i.e. once the equations that make up the mathematical model have been decided), it is necessary to determine the values to be assigned to the parameters of the mathematical model. In other words, each equation of the mathematical model includes a certain number of parameters that must be "customized" with respect to the vehicle whose behavior is to be simulated, i.e. each parameter must be assigned a value that reflects (within the mathematical model ) the actual physical behavior of the vehicle whose behavior is to be simulated.

Attualmente, per determinare i valori da assegnare ai parametri del modello matematico i pneumatici, le sospensioni e gli ammortizzatori del veicolo di cui si vuole simulare il comportamento vengono smontati dal veicolo e vengono sottoposti individualmente a diverse prove su banco; in funzione del risultato di tali prove su banco vengono determinate le caratteristiche dinamiche dei pneumatici, delle sospensioni e degli ammortizzatori e quindi dalle caratteristiche dinamiche vengono calcolati i corrispondenti valori da assegnare una parte dei parametri del modello matematico. I valori dei rimanenti parametri del modello matematico vengono determinati mediante altre prove al banco che coinvolgono tutto il veicolo e che prevedono, generalmente, la misura delle masse (non sospesa) del veicolo ed il rilievo delle caratteristiche dinamiche della catena di sterzo. Currently, to determine the values to be assigned to the parameters of the mathematical model, the tires, suspensions and shock absorbers of the vehicle whose behavior is to be simulated are removed from the vehicle and individually subjected to various bench tests; the dynamic characteristics of the tires, suspensions and shock absorbers are determined as a function of the result of these bench tests and then the corresponding values are calculated from the dynamic characteristics to be assigned a part of the parameters of the mathematical model. The values of the remaining parameters of the mathematical model are determined by other bench tests which involve the whole vehicle and which generally involve the measurement of the (unsprung) masses of the vehicle and the survey of the dynamic characteristics of the steering chain.

Una volta determinati tutti i valori da assegnare ai parametri del modello matematico, il veicolo di cui si vuole simulare il comportamento viene dotato di strumenti di misura che vengono generalmente applicati alle ruote (come il cosiddetto "Dynawheel" della ditta IDIADA) e misurano in tempo reale durante la marcia su strada una serie di grandezze fisiche, quali, ad esempio, le forze agenti sulle ruote in un sistema di riferimento tridimensionale ed i movimenti (sia di traslazione che di rotazione) delle ruote rispetto al telaio sempre in un sistema di riferimento tridimensionale. Quindi i dati reali misurati durante la marcia su strada vengono confrontati con gli analoghi dati simulati forniti dal modello matematico per verificare la bontà del modello matematico (cioè il grado di corrispondenza del modello matematico alla realtà fisica) e, se necessario, affinare il modello matematico mediante una correzione mirata dei valori assegnati ai parametri. Once all the values to be assigned to the parameters of the mathematical model have been determined, the vehicle whose behavior is to be simulated is equipped with measuring instruments that are generally applied to the wheels (such as the so-called "Dynawheel" of the company IDIADA) and measure in time real while driving on the road a series of physical quantities, such as, for example, the forces acting on the wheels in a three-dimensional reference system and the movements (both translation and rotation) of the wheels with respect to the frame always in a reference system three-dimensional. Then the real data measured while driving on the road are compared with the similar simulated data provided by the mathematical model to verify the goodness of the mathematical model (i.e. the degree of correspondence of the mathematical model to physical reality) and, if necessary, to refine the mathematical model. through targeted correction of the values assigned to the parameters.

Tuttavia, la sopra descritta modalità per determinare i valori da assegnare ai parametri del modello matematico presenta dei problemi in quanto richiede che gli ammortizzatori e le sospensioni vengano smontati dal veicolo e quindi vengano sottoposti a prove su banchi di prova dedicati: lo smontaggio (ed ovviamente il successivo montaggio) di ammortizzatori e sospensioni richiede l'intervento di un meccanico esperto e soprattutto i banchi di prove dedicati per ammortizzatori e sospensioni sono molto costosi e di complesso utilizzo. Di conseguenza, la sopra descritta modalità per determinare i valori da assegnare ai parametri del modello matematico è adeguata per un costruttore di automobili (che deve dimensionare e tarare ammortizzatori e sospensioni), ma è problematica per un costruttore di pneumatici (che normalmente monta e smonta le ruote ma non interviene su ammortizzatori e sospensioni) . However, the method described above for determining the values to be assigned to the parameters of the mathematical model presents problems as it requires that the shock absorbers and suspensions are removed from the vehicle and then subjected to tests on dedicated test benches: disassembly (and obviously the subsequent assembly) of shock absorbers and suspensions requires the intervention of an expert mechanic and above all the dedicated test benches for shock absorbers and suspensions are very expensive and complex to use. Consequently, the method described above for determining the values to be assigned to the parameters of the mathematical model is adequate for an automobile manufacturer (who has to size and calibrate shock absorbers and suspensions), but is problematic for a tire manufacturer (who normally assembles and disassembles wheels but does not intervene on shock absorbers and suspensions).

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo di calcolo per determinare i valori da assegnare ai parametri di un modello matematico che simula le prestazioni dinamiche dei pneumatici di un veicolo durante la marcia del veicolo stesso, il quale metodo di calcolo sia di facile ed economica realizzazione e sia, nel contempo, privo degli inconvenienti sopra descritti. The purpose of the present invention is to provide a calculation method for determining the values to be assigned to the parameters of a mathematical model that simulates the dynamic performance of the tires of a vehicle while the vehicle is running, which calculation method is easy and economical. realization and is, at the same time, devoid of the drawbacks described above.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo di calcolo per determinare i valori da assegnare ai parametri di un modello matematico che simula le prestazioni dinamiche dei pneumatici di un veicolo durante la marcia del veicolo stesso secondo quanto stabilito nelle rivendicazioni allegate. According to the present invention, a calculation method is provided for determining the values to be assigned to the parameters of a mathematical model that simulates the dynamic performance of the tires of a vehicle while the vehicle is running according to what is established in the attached claims.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

• la figura 1 è una vista tridimensionale schematica di un veicolo a quattro ruote, del quale si vuole simulare le prestazioni dinamiche mediante un modello matematico; e Figure 1 is a schematic three-dimensional view of a four-wheeled vehicle, the dynamic performance of which is to be simulated by means of a mathematical model; And

• le figure 2-6 sono alcuni grafici che mettono a confronto il comportamento dinamico reale delle ruote del veicolo con il corrispondente comportamento dinamico simulato mediante il modello matematico. • Figures 2-6 are some graphs that compare the real dynamic behavior of the vehicle's wheels with the corresponding dynamic behavior simulated by means of the mathematical model.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION

Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un veicolo (in particolare una automobile) provvisto di quattro ruote 2 che sono dotate di corrispondenti pneumatici. Ciascuna ruota 2 è collegata ad un telaio 3 del veicolo 1 mediante una corrispondente sospensione 4 che è provvista di un ammortizzatore 5 e di una molla 6 disposta attorno all'ammortizzatore 5. In Figure 1, the number 1 indicates as a whole a vehicle (in particular a car) provided with four wheels 2 which are equipped with corresponding tires. Each wheel 2 is connected to a frame 3 of the vehicle 1 by means of a corresponding suspension 4 which is provided with a shock absorber 5 and a spring 6 arranged around the shock absorber 5.

Mediante un modello matematico si vuole simulare le prestazioni dinamiche dei pneumatici del veicolo 1 durante la marcia del veicolo 1 stesso. Il modello matematico che si intende utilizzare per simulare le prestazioni dinamiche dei pneumatici del veicolo 1 è ampiamente noto in letteratura, è valido per una ampia gamma di veicoli a quattro ruote, e contiene una serie di parametri che devono venire "personalizzati" rispetto al veicolo 1 di cui si vuole simulare il comportamento. In altre parole, a ciascun parametro del modello matematico deve venire assegnato un valore che rispecchia (all'interno del modello matematico) il comportamento fisico effettivo del veicolo 1 di cui si vuole simulare il comportamento. By means of a mathematical model it is desired to simulate the dynamic performance of the tires of the vehicle 1 during the running of the vehicle 1 itself. The mathematical model to be used to simulate the dynamic performance of the tires of vehicle 1 is widely known in the literature, is valid for a wide range of four-wheeled vehicles, and contains a series of parameters that must be "customized" with respect to the vehicle 1 whose behavior you want to simulate. In other words, each parameter of the mathematical model must be assigned a value that reflects (within the mathematical model) the actual physical behavior of the vehicle 1 whose behavior is to be simulated.

Per determinare i valori da assegnare ai parametri del modello matematico, il modello matematico viene diviso in quattro aree: la caratterizzazione del telaio 3, la caratterizzazione dei pneumatici, la caratterizzazione delle sospensioni 4, e la caratterizzazione degli ammortizzatori 5. La caratterizzazione del telaio 3 avviene in modo tradizionale mediante delle prove statiche con il veicolo 1 fermo e prevede essenzialmente di determinare il valore delle masse non sospese (cioè il peso del veicolo 1 ad eccezione delle ruote 2 e di tutte le componenti delle sospensioni 4), i momenti di inerzia in un sistema di riferimento tridimensionale, e le caratteristiche dello sterzo. La caratterizzazione dei pneumatici avviene in modo tradizionale smontando i pneumatici dal veicolo 1 e sottoponendo i pneumatici stessi a prove al banco statiche (cioè con il pneumatico fermo) e dinamiche (cioè con il pneumatico in movimento). La caratterizzazione delle sospensioni 4 e la caratterizzazione degli ammortizzatori 5 avviene in modo innovativo mediante delle prove statiche con il veicolo 1 fermo e delle prove dinamiche con il veicolo 1 in movimento; la novità è costituita dal fatto che le sospensioni 4 e gli ammortizzatori 5 non vengono smontati dal veicolo 1, ma rimangono sempre montati sul veicolo 1 e quindi le varie prove avvengono coinvolgendo sempre tutto il veicolo 1 nella sua interezza. To determine the values to be assigned to the parameters of the mathematical model, the mathematical model is divided into four areas: the characterization of the chassis 3, the characterization of the tires, the characterization of the suspension 4, and the characterization of the shock absorbers 5. The characterization of the chassis 3 takes place in the traditional way by means of static tests with the vehicle 1 stationary and essentially involves determining the value of the unsprung masses (i.e. the weight of the vehicle 1 with the exception of the wheels 2 and all the suspension components 4), the moments of inertia in a three-dimensional reference system, and the characteristics of the steering. The characterization of the tires takes place in the traditional way by removing the tires from the vehicle 1 and subjecting the tires to static (ie with the tire stationary) and dynamic (ie with the tire in motion) bench tests. The characterization of the suspensions 4 and the characterization of the shock absorbers 5 takes place in an innovative way by means of static tests with the vehicle 1 stationary and dynamic tests with the vehicle 1 in motion; the novelty consists in the fact that the suspensions 4 and the shock absorbers 5 are not removed from the vehicle 1, but always remain mounted on the vehicle 1 and therefore the various tests take place always involving the whole vehicle 1 in its entirety.

In altre parole, nel modello matematico vengono isolate le parti corrispondenti a sospensioni 4 ed ammortizzatori 5 del veicolo 1, quindi il veicolo 1 completo, ovvero provvisto di tutte le sue parti, viene sottoposto a prove statiche con il veicolo 1 fermo ed a prove dinamiche con il veicolo 1 in movimento misurando durante tali prove statiche e dinamiche una serie di valori sperimentali di grandezze fisiche che caratterizzano il comportamento del veicolo 1; infine i valori da assegnare ai parametri delle parti del modello matematico corrispondenti a sospensioni 4 ed ammortizzatori 5 vengono determinate in funzione dei valori sperimentali misurati durante tali prove statiche e dinamiche. In other words, in the mathematical model the parts corresponding to the suspensions 4 and shock absorbers 5 of the vehicle 1 are isolated, then the complete vehicle 1, or equipped with all its parts, is subjected to static tests with the vehicle 1 stationary and to dynamic tests. with the vehicle 1 in motion by measuring during these static and dynamic tests a series of experimental values of physical quantities that characterize the behavior of the vehicle 1; finally, the values to be assigned to the parameters of the parts of the mathematical model corresponding to suspensions 4 and shock absorbers 5 are determined as a function of the experimental values measured during these static and dynamic tests.

Per eseguire le prove, il veicolo 1 viene dotato di una serie di strumenti di misura che, a titolo di esempio, possono comprendere: To carry out the tests, vehicle 1 is equipped with a series of measuring instruments which, by way of example, may include:

un sensore di sterzo che misura l'angolo SWA di sterzo (cioè la posizione angolare del volante del veicolo 1) e la coppia di sterzo (cioè la coppia che viene applicata al volante del veicolo 1); a steering sensor which measures the steering angle SWA (i.e. the angular position of the steering wheel of the vehicle 1) and the steering torque (i.e. the torque that is applied to the steering wheel of the vehicle 1);

un giroscopio tri-assiale che è fissato al telaio 3 e misura in un sistema di riferimento tridimensionale le accelerazioni lineari lungo i tre assi del telaio 3 rispetto al suolo e le velocità angolari attorno ai tre assi del telaio 3 rispetto al suolo; a tri-axial gyroscope which is fixed to the frame 3 and measures in a three-dimensional reference system the linear accelerations along the three axes of the frame 3 with respect to the ground and the angular velocities around the three axes of the frame 3 with respect to the ground;

un sensore ottico che viene fissato al telaio 3, viene puntato verso il fondo stradale, e misura la velocità longitudinale del telaio 3 (cioè del veicolo 1) rispetto al suolo, la velocità laterale del telaio 3 (cioè del veicolo 1) rispetto al suolo, e l'angolo di assetto (cioè l'angolo tra i due vettori di velocità longitudinale e velocità laterale) del telaio 3 (cioè del veicolo 1) rispetto al suolo; an optical sensor which is fixed to the frame 3, is pointed towards the road surface, and measures the longitudinal speed of the frame 3 (i.e. of the vehicle 1) with respect to the ground, the lateral speed of the frame 3 (i.e. of the vehicle 1) with respect to the ground , and the attitude angle (i.e. the angle between the two vectors of longitudinal speed and lateral speed) of the chassis 3 (i.e. of the vehicle 1) with respect to the ground;

ruote dinamometriche, ciascuna delle quali viene accoppiata ad una corrispondente ruota 2 e misura in un sistema di riferimento tridimensionale le forze ed i momenti agenti sulla ruota 2; e dynamometric wheels, each of which is coupled to a corresponding wheel 2 and measures the forces and moments acting on the wheel 2 in a three-dimensional reference system; And

tracciatori di ruota, ciascuno dei quali viene accoppiato ad una corrispondente ruota 2 e misura in un sistema di riferimento tridimensionale i sei gradi di libertà (tre posizioni e tre angoli) della ruota 2 rispetto al telaio 3, cioè misura posizione ed orientamento della ruota 2 in un sistema di riferimento tridimensionale e rispetto al telaio 3. wheel markers, each of which is coupled to a corresponding wheel 2 and measures in a three-dimensional reference system the six degrees of freedom (three positions and three angles) of wheel 2 with respect to frame 3, i.e. it measures the position and orientation of wheel 2 in a three-dimensional reference system and with respect to the frame 3.

Secondo una preferita forma di attuazione, per ciascuna sospensione 4 del veicolo 1 il modello matematico prevede l'utilizzo di quattro equazioni della sospensione 4 che presentano tutte la stessa identica struttura e forniscono rispettivamente l'angolo di camber della ruota 2, l'angolo di convergenza della ruota 2, la posizione longitudinale dell'attacco ruota e la posizione trasversale dell'attacco ruota. La struttura delle quattro equazioni della sospensione 4 è la seguente: According to a preferred embodiment, for each suspension 4 of the vehicle 1 the mathematical model provides for the use of four equations of the suspension 4 which all have the same identical structure and respectively provide the camber angle of the wheel 2, the angle of wheel toe 2, the longitudinal position of the wheel attachment and the transverse position of the wheel attachment. The structure of the four equations of suspension 4 is as follows:

A grandezza della sospensione 4 da determinare (ovvero angolo di camber della ruota 2, angolo di convergenza della ruota 2, posizione longitudinale dell'attacco ruota, oppure posizione trasversale dell'attacco ruota) ; A size of the suspension 4 to be determined (ie the camber angle of the wheel 2, the toe angle of the wheel 2, the longitudinal position of the wheel attachment, or the transverse position of the wheel attachment);

Astatvalore statico della grandezza della sospensione 4; Static astrovalue of the size of the suspension 4;

z posizione della ruota 2 lungo l'asse verticale ; z position of wheel 2 along the vertical axis;

SWA angolo di sterzo; SWA steering angle;

Fxforza longitudinale agente sulla ruota 2; Fx longitudinal force acting on wheel 2;

Fyforza trasversale agente sulla ruota 2; Transverse force acting on wheel 2;

Mzmomento di auto-allineamento agente sulla ruota 2 e che tende a ruotare la ruota 2 attorno ad all'asse verticale. A moment of self-alignment acting on the wheel 2 and which tends to rotate the wheel 2 around the vertical axis.

Nella equazione sopra descritta, vengono determinati mediante prove statiche sul veicolo 1 (cioè prove che prevedono di mantenere il veicolo 1 completamente fermo) : il valore Astatstatico della grandezza della sospensione 4, la variazione ΔΑζ della grandezza della sospensione 4 per effetto della variazione della posizione z lungo l'asse verticale del baricentro del veicolo 1, e la variazione AASWA della grandezza della sospensione 4 per effetto della variazione dell'angolo SWA di sterzo. In the equation described above, the following are determined by means of static tests on vehicle 1 (i.e. tests which involve keeping vehicle 1 completely stationary): the Astatstatic value of the size of the suspension 4, the variation ΔΑζ of the size of the suspension 4 due to the change in position z along the vertical axis of the center of gravity of the vehicle 1, and the variation AASWA of the size of the suspension 4 due to the variation of the steering angle SWA.

Il valore Astatstatico della grandezza della sospensione 4 può venire determinato mediante una prova statica che prevede di rilevare la configurazione statica delle sospensioni 4 del veicolo 1 in assenza di sollecitazioni esterne. La variazione ΔΑζ della grandezza della sospensione 4 per effetto della variazione della posizione z lungo l'asse verticale del baricentro del veicolo 1 può venire determinata mediante delle prove statiche che prevedono di applicare sul telaio 3 del veicolo 1 in modo simmetrico ed in modo asimmetrico una forza verticale diretta verso il basso. La variazione AASWA della grandezza della sospensione 4 per effetto della variazione dell'angolo SWA di sterzo può venire determinata mediante delle prove statiche che prevedono di ruotare il volante del veicolo 1 in entrambe le direzioni. The Astatstatic value of the size of the suspension 4 can be determined by means of a static test which provides for detecting the static configuration of the suspensions 4 of the vehicle 1 in the absence of external stresses. The variation ΔΑζ of the size of the suspension 4 due to the variation of the position z along the vertical axis of the center of gravity of the vehicle 1 can be determined by means of static tests which involve applying a symmetrical and asymmetrical vertical force directed downwards. The variation AASWA of the size of the suspension 4 due to the variation of the steering angle SWA can be determined by means of static tests which involve rotating the steering wheel of the vehicle 1 in both directions.

Nella equazione sopra descritta, vengono determinate mediante prove dinamiche sul veicolo 1 (cioè prove che prevedono di fare avanzare il veicolo 1 lungo un percorso di prova): la variazione δΑ della grandezza della sospensione 4 in funzione della forza Fxlongitudinale agente sulla ruota 2, la variazione δΑ della grandezza della sospensione 4 in funzione della forza Fytrasversale agente sulla ruota 2, e la variazione δΑ della grandezza della sospensione 4 in funzione del momento Mzdi autoallineamento agente sulla ruota 2. In the equation described above, the following are determined by means of dynamic tests on vehicle 1 (i.e. tests involving moving vehicle 1 along a test path): the variation δΑ of the size of the suspension 4 as a function of the longitudinal force acting on wheel 2, the variation δΑ of the size of the suspension 4 as a function of the transversal force acting on the wheel 2, and the variation δΑ of the size of the suspension 4 as a function of the self-aligning moment Mz acting on the wheel 2.

La variazione δΑ della grandezza della sospensione 4 in funzione della variazione dFxdella forza Fxlongitudinale agente sulla ruota 2 può venire determinata mediante delle prove dinamiche che prevedono di frenare ed accelerare in modo quasi-statico (cioè molto lento) il veicolo 1 lungo un percorso perfettamente rettilineo. The variation δΑ of the size of the suspension 4 as a function of the variation dFx of the force Fxlongitudinal acting on the wheel 2 can be determined by means of dynamic tests which involve braking and accelerating the vehicle 1 in a quasi-static (i.e. very slow) way along a perfectly straight path. .

Secondo una preferita forma di attuazione, viene determinata mediante prove dinamiche (cioè con il veicolo 1 in movimento) che prevedono variazioni quasi-statiche (cioè molto lente) sul veicolo 1 la somma complessiva della variazione δΑ della grandezza della sospensione 4 in funzione della forza Fytrasversale agente sulla ruota 2 e della variazione δΑ della grandezza della sospensione 4 in funzione del momento Mzdi auto-allineamento agente sulla ruota 2; inoltre (per effetto di una semplificazione che introduce un certo errore) viene attribuita la somma complessiva delle due variazioni δΑ della grandezza della sospensione 4 solo in funzione della forza Fytrasversale agente sulla ruota 2. In altre parole, accettando una approssimazione per semplificare, la somma complessiva delle due variazioni δΑ della grandezza della sospensione 4 viene attribuita solo in funzione della forza Fytrasversale agente sulla ruota 2 (ovvero si ipotizza che il momento Mzdi auto-allineamento agente sulla ruota 2 non abbia effetti sulla grandezza A della sospensione 4 in oggetto). Questa approssimazione è inevitabile, in quanto mediante prove statiche e/o dinamiche sul veicolo 1 nella sua interezza non è possibile scindere il contributo della forza Fytrasversale agente sulla ruota 2 dal contributo del momento Mzdi auto-allineamento agente sulla ruota 2; di conseguenza, entrambi i contributi vengono considerati assieme e vengono attribuiti unicamente alla forza Fytrasversale agente sulla ruota 2. Diverse prove sperimentali hanno dimostrato che questa approssimazione avrebbe un impatto rilevante nella precisione della simulazione del comportamento dinamico dei vari elementi della sospensione 4, ma ha un impatto trascurabile (cioè non significativo) nella simulazione del comportamento dinamico del pneumatico portato dalla ruota 2 (cioè dal punto di vista dell' "utilizzatore finale" della sospensione 4, ovvero dal punto di vista del pneumatico, non ha molta importanza cosa succeda effettivamente all'interno della sospensione 4, ma ha importanza solo cosa "esce" dalla sospensione 4). According to a preferred embodiment, the total sum of the variation δΑ of the size of the suspension 4 as a function of the force is determined by means of dynamic tests (i.e. with the vehicle 1 in motion) which provide for quasi-static (i.e. very slow) variations on the vehicle 1 Transversal acting on the wheel 2 and the variation δΑ of the size of the suspension 4 as a function of the self-aligning moment Mz acting on the wheel 2; furthermore (as a result of a simplification that introduces a certain error) the total sum of the two variations δΑ of the size of the suspension 4 is attributed only as a function of the transversal force acting on the wheel 2. In other words, accepting an approximation to simplify, the sum overall of the two variations δΑ of the size of the suspension 4 is attributed only as a function of the transversal force acting on the wheel 2 (i.e. it is assumed that the self-aligning moment Mz acting on the wheel 2 has no effect on the size A of the suspension 4 in question). This approximation is inevitable, since by means of static and / or dynamic tests on the vehicle 1 in its entirety it is not possible to separate the contribution of the transversal force acting on the wheel 2 from the contribution of the self-aligning moment Mz acting on the wheel 2; consequently, both contributions are considered together and are attributed solely to the transversal force acting on the wheel 2. Several experimental tests have shown that this approximation would have a significant impact on the accuracy of the simulation of the dynamic behavior of the various elements of the suspension 4, but it has a negligible (i.e. not significant) impact in the simulation of the dynamic behavior of the tire carried by the wheel 2 (i.e. from the point of view of the "end user" of the suspension 4, or from the point of view of the tire, it does not really matter what actually happens at inside the suspension 4, but only what "comes out" of the suspension 4).

La somma complessiva (della variazione δΑ della grandezza della sospensione 4 in funzione della forza Fytrasversale agente sulla ruota 2 e della variazione δΑ della grandezza della sospensione 4 in funzione del momento Mzdi auto-allineamento agente sulla ruota 2) può venire determinata mediante delle prove dinamiche che prevedono di variare l'angolo SWA di sterzo del veicolo 1 mentre il veicolo 1 avanza a velocità costante. The overall sum (of the variation δΑ of the size of the suspension 4 as a function of the transversal force acting on wheel 2 and of the variation δΑ of the size of the suspension 4 as a function of the self-aligning moment Mz acting on the wheel 2) can be determined by means of dynamic tests. which provide for varying the steering angle SWA of the vehicle 1 while the vehicle 1 advances at a constant speed.

Secondo una preferita forma di attuazione, vengono determinati, in un elevato numero di punti e partendo dai valori sperimentali misurati durante le prove dinamiche, i vettori contenenti le grandezze che eccitano ciascun ammortizzatore 5 e le grandezze che sono direttamente influenzate dall'ammortizzatore 5 stesso; quindi, viene costruita la caratteristica di smorzamento di ciascun ammortizzatore 5 mediante una tecnica matematica che ha come obiettivo di minimizzare le differenze, a parità di grandezze che eccitano 1'ammortizzatore 5 e per tutti i punti, tra i valori misurati mediante le prove dinamiche ed i valori stimati mediante il modello matematico delle grandezze che sono direttamente influenzate dall'ammortizzatore 5. Preferibilmente (ma non obbligatoriamente), viene utilizzato un algoritmo genetico per costruire la caratteristica di smorzamento di ciascun ammortizzatore 5; in particolare, l'obiettivo dell'algoritmo genetico è di minimizzare lo scarto quadratico medio tra il valore misurato ed il valore stimato delle grandezze che sono direttamente influenzate dall'ammortizzatore 5. According to a preferred embodiment, the vectors containing the quantities that excite each damper 5 and the quantities that are directly influenced by the damper 5 are determined in a high number of points and starting from the experimental values measured during the dynamic tests; then, the damping characteristic of each shock absorber 5 is constructed by means of a mathematical technique which has the aim of minimizing the differences, for the same quantities that excite the shock absorber 5 and for all points, between the values measured by means of the dynamic tests and the values estimated by the mathematical model of the quantities which are directly influenced by the shock absorber 5. Preferably (but not necessarily), a genetic algorithm is used to construct the damping characteristic of each shock absorber 5; in particular, the objective of the genetic algorithm is to minimize the mean square deviation between the measured value and the estimated value of the quantities that are directly influenced by the damper 5.

Secondo una preferita forma di attuazione, le grandezze che eccitano gli ammortizzatori 5 sono l'angolo di rollio del telaio 3 e la velocità di rollio del telaio 3 e le grandezze che sono direttamente influenzate dall'ammortizzatore 5 sono sono la posizione verticale delle ruote 2 anteriori e la posizione verticale e delle ruote 2 posteriori. According to a preferred embodiment, the quantities which excite the shock absorbers 5 are the roll angle of the frame 3 and the roll speed of the frame 3 and the quantities which are directly influenced by the shock absorber 5 are the vertical position of the wheels 2 front and vertical position and 2 rear wheels.

E' importante osservare che l'equazione del modello matematico che rappresenta ciascun ammortizzatore 5 del veicolo 1 prevede la conoscenza della massa del telaio 3 del veicolo 1, ovvero delle masse non sospese del veicolo 1, e della rigidezza della molla 6 accoppiata all'ammortizzatore 5. La massa del telaio 3 del veicolo 1 viene misurata direttamente mediante una misura di peso del veicolo 1 in condizioni statiche, mentre la rigidezza della molla 6 accoppiata a ciascun ammortizzatore 5 viene identificata mediante prove statiche che prevedono di applicare diversi carichi verticali statici sulle ruote 2 del veicolo 1. It is important to note that the equation of the mathematical model that represents each shock absorber 5 of the vehicle 1 provides for the knowledge of the mass of the chassis 3 of the vehicle 1, i.e. the unsprung masses of the vehicle 1, and the stiffness of the spring 6 coupled to the shock absorber 5. The mass of the chassis 3 of the vehicle 1 is measured directly by measuring the weight of the vehicle 1 in static conditions, while the stiffness of the spring 6 coupled to each shock absorber 5 is identified by means of static tests which involve applying different static vertical loads on the 2 wheels of the vehicle 1.

Una volta determinati, come sopra descritto, tutti i valori da assegnare ai parametri del modello matematico, il veicolo 1 di cui si vuole simulare il comportamento viene sottoposto ad una serie di prove di validazione che prevedono di mettere a confronto in diverse condizioni il comportamento dinamico reale (cioè effettivo, direttamente derivante da misure strumentali) con lo stesso comportamento dinamico simulato, ovvero ottenuto mediante il modello matematico (un esempio di questo confronto è illustrato nelle figure 2-6). Lo scopo di queste prove di validazione è sia di verificare la correttezza del modello matematico (cioè l'identità entro gli errori previsti tra il comportamento dinamico reale ed il comportamento dinamico simulato), sia di affinare (se necessario) i valori dei parametri del modello matematico in funzione degli scostamenti tra il comportamento dinamico reale ed il comportamento dinamico simulato. Once all the values to be assigned to the parameters of the mathematical model have been determined, as described above, the vehicle 1 whose behavior is to be simulated is subjected to a series of validation tests which involve comparing the dynamic behavior under different conditions real (i.e. effective, directly deriving from instrumental measurements) with the same simulated dynamic behavior, i.e. obtained through the mathematical model (an example of this comparison is illustrated in Figures 2-6). The purpose of these validation tests is both to verify the correctness of the mathematical model (i.e. the identity within the expected errors between the real dynamic behavior and the simulated dynamic behavior), and to refine (if necessary) the values of the model parameters. mathematical as a function of the deviations between the real dynamic behavior and the simulated dynamic behavior.

A titolo di esempio, nella figura 2 è illustrato un grafico che mostra la correlazione tra l'accelerazione laterale [m/s<2>] del telaio 3 in ascissa e l'angolo SWA di sterzo [°] in ordinata; in linea continua è illustrato il comportamento dinamico reale mentre con linea tratteggiata è illustrato il corrispondente comportamento dinamico simulato. By way of example, Figure 2 shows a graph showing the correlation between the lateral acceleration [m / s <2>] of the frame 3 on the abscissa and the steering angle SWA [°] on the ordinate; the real dynamic behavior is shown in a solid line, while the corresponding simulated dynamic behavior is shown in a dashed line.

A titolo di esempio, nella figura 3 è illustrato un grafico che mostra la correlazione tra l'accelerazione laterale [m/s<2>] del telaio 3 in ascissa e la variazione dell'angolo di imbardata [°/s] in ordinata; in linea continua è illustrato il comportamento dinamico reale mentre con linea tratteggiata è illustrato il corrispondente comportamento dinamico simulato. By way of example, Figure 3 shows a graph showing the correlation between the lateral acceleration [m / s <2>] of the frame 3 on the abscissa and the variation of the yaw angle [° / s] on the ordinate; the real dynamic behavior is shown in a solid line, while the corresponding simulated dynamic behavior is shown in a dashed line.

A titolo di esempio, nella figura 4 è illustrato un grafico che mostra l'evoluzione nel tempo [s] in ascissa della variazione dell'angolo di rollio [°/s] del telaio 3 in ordinata; in linea continua è illustrato il comportamento dinamico reale mentre con linea tratteggiata è illustrato il corrispondente comportamento dinamico simulato. By way of example, Figure 4 shows a graph showing the evolution over time [s] in the abscissa of the variation of the roll angle [° / s] of the frame 3 in the ordinate; the real dynamic behavior is shown in a solid line, while the corresponding simulated dynamic behavior is shown in a dashed line.

A titolo di esempio, nella figura 5 è illustrato un grafico che mostra l'evoluzione nel tempo [s] in ascissa dell'angolo di camber anteriore [°] in ordinata; in linea continua è illustrato il comportamento dinamico reale mentre con linea tratteggiata è illustrato il corrispondente comportamento dinamico simulato. As an example, Figure 5 shows a graph showing the evolution over time [s] in the abscissa of the front camber angle [°] in the ordinate; the real dynamic behavior is shown in a solid line, while the corresponding simulated dynamic behavior is shown in a dashed line.

A titolo di esempio, nella figura 5 è illustrato un grafico che mostra l'evoluzione nel tempo [s] in ascissa della compressione degli ammortizzatori 5 anteriori [mm] in ordinata; in linea continua è illustrato il comportamento dinamico reale mentre con linea tratteggiata è illustrato il corrispondente comportamento dinamico simulato. By way of example, Figure 5 shows a graph showing the evolution over time [s] in the abscissa of the compression of the front shock absorbers 5 [mm] in the ordinate; the real dynamic behavior is shown in a solid line, while the corresponding simulated dynamic behavior is shown in a dashed line.

Il metodo di calcolo sopra descritto presenta numerosi vantaggi. The calculation method described above has numerous advantages.

In primo luogo, il metodo di calcolo sopra descritto permette di determinare i valori da assegnare ai parametri del modello matematico senza richiedere lo smontaggio né delle sospensioni 4, né degli ammortizzatori 5 dal veicolo 1 (di conseguenza, non è nemmeno richiesto l'utilizzo di banchi di prova dedicati a sospensioni ed ammortizzatori). Quindi, il metodo di calcolo sopra descritto è particolarmente adatto ad un costruttore di pneumatici che normalmente monta e smonta le ruote ma non interviene su sospensioni ed ammortizzatori. In the first place, the calculation method described above allows to determine the values to be assigned to the parameters of the mathematical model without requiring the disassembly of either the suspensions 4 or the shock absorbers 5 from the vehicle 1 (consequently, the use of a test benches dedicated to suspensions and shock absorbers). Therefore, the calculation method described above is particularly suitable for a tire manufacturer who normally assembles and disassembles wheels but does not intervene on suspensions and shock absorbers.

Inoltre, il metodo di calcolo sopra descritto permette di ottenere un modello matematico che permette di simulare con grande precisione le prestazioni dinamiche dei pneumatici senza richiedere, nel contempo, un lungo e laborioso processo di affinazione mediante prove sperimentali; questo risultato viene ottenuto grazie al fatto che per determinare i valori da assegnare ai parametri del modello matematico viene sempre testato il veicolo 1 nella sua interezza e quindi tenendo conto fin dall'inizio delle interazioni reciproche tra le varie componenti del veicolo 1 (invece, testando singolarmente le varie componenti del veicolo 1 si ottiene una fedele caratterizzazione di ciascuna componente, ma si perde completamente l'effetto delle interazioni reciproche tra le varie componenti). Furthermore, the calculation method described above allows to obtain a mathematical model which allows to simulate with great precision the dynamic performances of the tires without requiring, at the same time, a long and laborious refining process by means of experimental tests; this result is obtained thanks to the fact that to determine the values to be assigned to the parameters of the mathematical model the vehicle 1 is always tested in its entirety and therefore taking into account from the beginning the reciprocal interactions between the various components of the vehicle 1 (instead, by testing individually the various components of the vehicle 1 a faithful characterization of each component is obtained, but the effect of the reciprocal interactions between the various components is completely lost).

E' importante osservare che il metodo di calcolo sopra descritto è adatto ad un costruttore di pneumatici che è interessato unicamente al dimensionamento dei pneumatici (cioè tutte le altre componenti del veicolo 1 sono già state dimensionate dal costruttore del veicolo 1 e quindi sono delle invarianti su cui non vi è possibilità di intervento), in quanto in assenza di una caratterizzazione specifica e singola delle sospensioni 4 e degli ammortizzatori 5 non è possibile conoscere il comportamento dettagliato di tali elementi, ma solo il loro effetto sulle ruote 2 (e quindi, in ultima analisi, sui pneumatici che sono l'unico ed effettivo oggetto della simulazione). It is important to note that the calculation method described above is suitable for a tire manufacturer who is only interested in the sizing of the tires (i.e. all the other components of the vehicle 1 have already been sized by the manufacturer of the vehicle 1 and therefore are invariants on which there is no possibility of intervention), since in the absence of a specific and single characterization of the suspensions 4 and shock absorbers 5 it is not possible to know the detailed behavior of these elements, but only their effect on the wheels 2 (and therefore, in ultimately, on tires which are the only and effective object of the simulation).

In altre parole, l'obiettivo (pienamente raggiunto) della presente invenzione è di permettere ad un costruttore di pneumatici che deve costruire dei pneumatici che si adattino ad uno specifico modello di veicolo (cioè che presentino delle caratteristiche dinamiche che permettano di ottimizzare il comportamento su strada del veicolo) di utilizzare in modo efficiente (cioè senza un eccessivo utilizzo di risorse) ed efficace (cioè con profitto) uno strumento (il modello matematico) nato e sviluppato dai costruttori di veicoli per rispondere a loro specifiche esigenze e quindi eccessivamente raffinato e complesso per un costruttori di pneumatici. In other words, the (fully achieved) objective of the present invention is to allow a tire manufacturer who has to build tires that are adapted to a specific vehicle model (i.e. that have dynamic characteristics that allow to optimize the behavior on road of the vehicle) to use in an efficient (i.e. without excessive use of resources) and effective (i.e. with profit) a tool (the mathematical model) created and developed by vehicle manufacturers to meet their specific needs and therefore excessively refined and complex for a tire manufacturer.

Claims

R IV E N D I CA Z I O N I 1) Calculation method for determining the values to be assigned to the parameters of a mathematical model that simulates the dynamic performance of the tires of a vehicle (1) while the vehicle is running (1); the calculation method includes the steps of: isolate in the mathematical model the parts corresponding to suspensions (4) and shock absorbers (5) of the vehicle (1); subject the complete vehicle (1), i.e. provided with all its parts, to static tests with the vehicle (1) stationary and to dynamic tests with the vehicle (1) in motion, measuring a series of experimental values during these static and dynamic tests of physical quantities that characterize the behavior of the vehicle (1); and determining the values to be assigned to the parameters of the parts of the mathematical model corresponding to suspensions (4) and shock absorbers (5) as a function of the experimental values measured during the static and dynamic tests.

2) Method of calculation according to claim 1 and comprising the further steps of: determine, in a large number of points and starting from the experimental values measured during the dynamic tests, the vectors containing the quantities that excite each shock absorber (5) of the vehicle (1) and the quantities that are directly influenced by the shock absorber (5); And construct the damping characteristic of each shock absorber (5) of the vehicle (1) by means of a mathematical technique which aims to minimize the differences, for the same quantities that excite the shock absorber (5) and for all points, between the values measured by the dynamic tests and the values estimated by the mathematical model of the quantities that are directly influenced by the shock absorber (5).

3) A calculation method according to claim 2 and comprising the further step of using a genetic algorithm to construct the damping characteristic of each shock absorber (5) of the vehicle (1).

4) Method of calculation according to claim 3 and comprising the further step of using the genetic algorithm to minimize the mean square deviation between the measured value and the estimated value of the quantities which are directly influenced by the damper (5).

5) Calculation method according to claim 2, 3 or 4, in which the quantities which excite the shock absorbers (5) are the roll angle of the chassis (3) and the roll speed of the chassis (3) and the quantities which the vertical position of the front wheels (2) and the vertical position and of the rear wheels (2) are directly influenced by the shock absorber (5).

6) Calculation method according to one of claims 2 to 5, wherein: the equation of the mathematical model that represents each shock absorber (5) of the vehicle (1) provides for the knowledge of the mass of the chassis (3) of the vehicle (1), i.e. of the unsprung masses of the vehicle (1), and of the stiffness of a spring (6) coupled to the shock absorber (5); the mass of the chassis (3) of the vehicle (1) is directly measured by a measurement of the vehicle weight (1) under static conditions; And the stiffness of the spring (6) coupled to each shock absorber (5) is identified by means of static tests which involve applying different static vertical loads on the wheels (2) of the vehicle (1).

7) Calculation method according to one of claims 1 to 6, wherein: for each suspension (4) of the vehicle (1) the mathematical model provides for the use of four suspension equations (4) which all have the same identical structure and respectively provide the wheel camber angle (2), the angle convergence of the wheel (2), the longitudinal position of the wheel attachment and the transverse position of the wheel attachment; the structure of the four suspension equations (4) is the following: A = Astat + ΔΑ (z) ΔΑ (SWA) δΑ (Fx) δΑ (Fy) δΑ (Mz) The extent of the suspension (4) to be determined; Static astrovalue of the magnitude of the suspension (4); z position of the wheel (2) along the vertical axis; SWA steering angle; Fx longitudinal force aqent on the wheel (2); Transverse force on the wheel (2); Moment of self-alignment occurring on the wheel (2) and which tends to rotate the wheel (2) around the vertical axis.

8) Method of calculation according to claim 7 and comprising the further steps of: determine by means of static tests on the vehicle (1) the Astatstatic value of the suspension magnitude (4), the variation ΔΑ (ζ) of the suspension magnitude (4) due to the variation of position (z) along the vertical axis of the center of gravity of the vehicle (1), and the variation hA (SWA) of the size of the suspension (4) due to the variation of the steering angle SWA; and determine by means of dynamic tests on the vehicle (1) the variation δΑ of the size of the suspension (4) as a function of the longitudinal force Fxlongitudinal acting on the wheel (2), the variation δΑ of the size of the suspension (4) as a function of the transversal force acting on the wheel (2), and the variation δΑ of the size of the suspension (4) as a function of the self-aligning moment Mz acting on the wheel (2).

9) Calculation method according to claim 8 and comprising the further step of determining the Astatstatic value of the size of the suspension (4) by means of a static test which provides for detecting the static configuration of the suspensions (4) of the vehicle (1) in the absence of external stresses.

10) Method of calculation according to claim 8 or 9 and comprising the further step of determining the variation ΔΑ (ζ) of the size of the suspension (4) due to the variation of the position (z) along the vertical axis of the center of gravity of the vehicle (1) by means of static tests which involve applying a vertical force directed downwards on the chassis (3) of the vehicle (1) in a symmetrical and asymmetrical manner.

11) Method of calculation according to claim 8, 9 or 10 and comprising the further step of determining the variation AA (SWA) of the size of the suspension (4) due to the variation of the steering angle SWA by means of static tests which provide turning a vehicle steering wheel (1) in both directions.

12) Calculation method according to one of claims 8 to 11 and comprising the further step of determining the variation δΑ of the size of the suspension (4) as a function of the variation dFx of the force Fxlongitudinal acting on the wheel (2) by means of dynamic tests which provide to brake and accelerate the vehicle (1) in a quasi-static way along a perfectly straight path.

13) Calculation method according to one of claims 8 to 12 and comprising the further steps of: determine the total sum of the variation δΑ of the suspension size (4) as a function of the transversal force acting on the wheel (2) and of the variation δΑ of the suspension size (4) as a function of the self-alignment moment Mz acting on the wheel (2) by means of dynamic tests involving quasi-static variations on the vehicle (1); and to attribute, accepting an approximation to simplify, the total sum of the two variations δΑ of the size of the suspension (4) only as a function of the transversal force acting on the wheel (2).

14) Calculation method according to claim 13 and comprising the further step of determining the overall sum by means of dynamic tests which provide for varying the steering angle SWA of the vehicle (1) while the vehicle (1) advances at a constant speed.

15) Calculation method according to one of claims 1 to 14 and comprising the further step of measuring the experimental values of the following physical quantities which characterize the behavior of the vehicle (1): SWA steering angle; steering torque; linear accelerations of the chassis (3) of the vehicle (1) in a three-dimensional reference system and with respect to the ground; angular velocities of the chassis (3) of the vehicle (1) in a three-dimensional reference system and in relation to the ground; longitudinal speed, lateral speed, and angle of attitude of the chassis (3) of the vehicle (1) with respect to the ground; forces and moments acting on the wheels (2) of the vehicle (1) in a three-dimensional reference system; position and orientation of the wheels (2) of the vehicle (1) in a three-dimensional reference system and with respect to the frame (3) of the vehicle (1).