Il nuovo modello termico dello penumatico – una (r)evoluzione nella simulazione di Avehil
A caccia di imprecisioni di guida con la massima precisione: il nuovo modello termico in realtime dello pneumatico per il sistema Driver In the Loop è qui!
Modello termico
C’è sempre il rischio che la simulazione tenda a essere un sistema molto preciso e ripetibile, ma inaccurato, cioè che restituisce al conducente sensazioni lontane dalla guida reale; l’elemento umano, invece, tende a essere molto accurato, guidando come nella vita reale, ma non è (di solito) abbastanza preciso.
Nella simulazione Driver In The Loop, uno degli obiettivi più ambiziosi è quello di far dialogare questi due elementi nel modo corretto, in modo da ottenere un risultato che combini al meglio precisione e accuratezza: cercare la massima accuratezza con precisione.
La comprensione del comportamento dello pneumatico è un fattore chiave in questo processo (e negli sport motoristici in generale) che può fare la differenza tra vincere o perdere le gare. Pertanto ci siamo impegnati a sviluppare un modello termico fisico in grado di replicare l’evoluzione dello stato termico degli strati superficiali e interni di uno pneumatico durante il suo funzionamento.
Ora possiamo dire che il nostro modello di pneumatico è VIVO!
Il modello termico per pneumatici Avehil si comporta come uno pneumatico reale: risponde alle dinamiche di riscaldamento come la sua controparte fisica. E lo abbiamo sviluppato specificamente per DIL, in modo da poterlo trasmettere al pilota durante le sessioni di simulazione.
La robustezza e l’affidabilità del nostro modello sono state ottenute confrontando la simulazione con i dati acquisiti in pista con VESevo® e TRICK®, grazie alla nostra partnership tecnica con Megaride e all’esperienza maturata in pista a fianco dei team di gara, su auto reali, con dati reali.
Inoltre, ci siamo concentrati sul miglioramento dell’efficienza computazionale per consentire la simulazione dal vivo in ambiente DIL (Driver in the Loop). Questo è sicuramente un passo avanti per la consapevolezza del conducente in termini di valutazione del bilanciamento durante le sessioni di corsa, sensibilità alle prestazioni per un tracciato specifico e gestione dello pneumatico.
La sfida più difficile è quella di “bloccare” il limite dei tempi di calcolo del modello al di sotto di 1/400 di secondo, per fornire al pilota risposte veramente reali durante la simulazione. Questa è ben nota come la vera sfida inambiente Windows: quando si devono calcolare così tante variabili in un tempo così breve, è necessario un algoritmo di calcolo che sia ottimizzato al meglio.
Ora diamo uno sguardo più approfondito al modello.
Il modello fisico si basa su un sistema di equazioni di diffusione del calore di Fourier che tengono conto dei fenomeni di produzione e scambio di calore all’interno dello pneumatico e tra lo pneumatico e l’ambiente esterno. Tali equazioni sono alimentate da dati provenienti direttamente dal veicolo, dalle caratteristiche termiche dell’asfalto e dall’ambiente esterno. Grazie al nostro lavoro di correlazione tra dati reali e simulazione, insieme al contributo tecnico di Megaride, abbiamo dato al modello un valore assoluto in termini di robustezza e affidabilità in ogni pista e in ogni condizione ambientale.
Lo pneumatico è modellato con 4 strati oltre a un quinto strato che rappresenta il cerchio.
Il primo strato modella la superficie dello pneumatico e riproduce la produzione calore tramite attrito e lo scambio di calore per conduzione tra l’asfalto e lo pneumatico e lo scambio di calore convettivo tra lo pneumatico e l’aria esterna. In particolare, la produzione di calore tramite attrito dipende dall’area della patch di contatto e dalle condizioni di slittamento del pneumatico rispetto all’asfalto. Questi aspetti sono tutti inclusi nel nostro modello termico, con l’aggiunta della sensibilità alla campanatura della zona di contatto del pneumatico. Nei grafici seguenti viene presentato un confronto tra i dati reali della pista e la simulazione del nostro modello su tre diversi circuiti, condizioni ambientali e di asfalto. I risultati sono normalizzati con una temperatura di riferimento per motivi di riservatezza.
Track 1: Spa
Ambient Temperature: 13 °C – Track Temperature: 15 °C
Track 2: Barcelona
Ambient Temperature: 10 °C – Track Temperature: 10 °C
Track 3: Imola
Ambient Temperature: 30 °C – Track Temperature: 45 °C
Gli strati interni riproducono le temperature del nucleo (2° strato), del rivestimento interno (3° strato) e dell’aria interna (4° strato) dello pneumatico, modellando lo scambio di calore tra i diversi strati, la produzione di energia dovuta ai cicli di isteresi e la convezione naturale o forzata dell’aria interna che interagisce con il rivestimento interno e il cerchio. Infine è modellato come strato finale e la sua temperatura è influenzata dallo scambio di calore con i freni caldi, altro fenomeno di cui si tiene conto in questo modello.
Track 1: Spa
Ambient Temperature: 13 °C – Track Temperature: 15 °C
Track 2: Barcelona
Ambient Temperature: 10 °C – Track Temperature: 10 °C
Track 3: Imola
Ambient Temperature: 30 °C – Track Temperature: 45 °C
Inoltre, oltre al calcolo della temperatura dell’aria di gonfiaggio, il modello incorpora un modulo per il calcolo della pressione interna dell’aria. Di seguito, viene fornito un confronto tra i dati reali e la simulazione del nostro modello.
Skydrive è alla costante ricerca di innovazioni nella simulazione di auto da corsa DIL. Il nostro obiettivo principale non è quello di sviluppare un’auto da corsa, ma di integrare i piloti e le auto in un sistema unico per replicare alcune condizioni che potrebbero trovare durante i weekend di gara. È risaputo che al giorno d’oggi la modellazione di sospensioni, telai e mappe aero non è troppo difficile, ma i pneumatici sono senza dubbio la fase cruciale. È così che lavoriamo sul “campo” con i nostri clienti.
Ecco perchè tutti i nostri sforzi per comprendere la fisica che sta dietro al pneumatico, che riteniamo essere un componente fondamentale integrato con un modello matematico affidabile di un’auto da corsa. Il nuovo modello termico è solo l’inizio della nostra (r)evoluzione tecnica, che prevede come secondo passo l’implementazione di un nuovo modello di usura avanzato.
L’obiettivo è fissato e ci stiamo già lavorando. Rimanete sintonizzati, altri dettagli saranno rivelati presto