Pneumatici: Evoluzione & Progettazione

Noi di Vehicle Close-up Engineering abbiamo trattato, nella prima parte di questo approfondimento (che potete trovare in fondo all’articolo), quello che sarà il futuro legato all’Automotive e al veicolo in generale.
In questa seconda e ultima parte dell’approfondimento riguardo gli pneumatici, ci preoccuperemo di analizzare come si è evoluto questo fondamentale componente e in che modo i progettisti danno vita ad un battistrada.  Secondo gli esperti, saranno proprio gli pneumatici del futuro a segnare l’inizio di una nuova era per la mobilità.

E’ evidente come negli ultimi anni si sta spingendo molto per l’e-mobility.  I dati parlano chiaro e le normative recenti spingono gli ingegneri a migliorare sempre più i consumi, le emissioni e la sicurezza nella guida. Tutto ciò non riguarda esclusivamente la parte propulsiva di un veicolo, anzi, ci sono innumerevoli aspetti trascurati negli ultimi anni, proprio come gli pneumatici.

• Perché l’importanza dello pneumatico?

Gli pneumatici, come tutti ben sappiamo, sostengono il veicolo, ne comportano la stabilità e soprattutto l’efficacia frenante. Una buona percentuale di incidenti si verifica proprio per causa loro, o meglio dire, a causa di una mancata attenzione da parte del guidatore: Battistrada usurato, pressione dello pneumatico non-ideale, misure e caratteristiche geometriche non omologate, scarsa qualità della mescola adottata.

L’ultimo punto va precisato. Ciò non significa che l’azienda può vendervi un prodotto scadente; certo, ci sono prodotti di serie A e prodotti di serie B, tuttavia nell’ultimo punto si fa riferimento ad una delle caratteristiche fondamentali dei pneumatici: il tipo di mescola.

Ci sono pneumatici adatti per determinate condizioni d’esercizio, stagioni e condizioni climatiche. Così come nella Formula1:

• Pneumatici con mescola morbida (Soft–SuperSoft): Garantiscono maggiore grip (aderenza), alte velocità di percorrenza nelle curve e maggiore stabilità. Lo svantaggio è la durata: questa mescola entra in temperatura molto più velocemente di qualsiasi altro tipo di mescola, pertanto si usura con maggiore velocità.
• Pneumatici con mescola dura (Hard): Garantiscono l’effetto opposto, maggiori tempi richiesti per entrare in temperatura, tuttavia garantiscono maggiore durata. (Circuiti in cui vi sono molte curve strette e cambi di direzione).
• Pneumatici da bagnato (Intermediate– FullWet): Presentano un battistrada ricco di venature in grado di incanalare e far defluire l’acqua al fine di migliorare l’aderenza sul manto stradale viscoso.

Nella realtà quotidiana troviamo: pneumatici 4-stagioni (“adatte” per l’intero anno), pneumatici invernali ed estivi.
Ecco uno schema identificativo legato alle caratteristiche fondamentali di un qualsiasi pneumatico esistente al mondo.

• Evoluzione dello pneumatico:

Inizialmente gli pneumatici erano dotati di camera d’aria, ciò presentava problemi nell’omogenizzazione della pressione interna e in caso di foratura si rimaneva davvero “a terra”.

Michelin brevetta nel 1930 il TubeLess, vale a dire uno pneumatico in cui l’aria, o del gas (maggiormente utilizzato), veniva trattenuta all’interno della struttura del pneumatico, senza l’utilizzo della camera d’aria (Tube-Less, per l’appunto). La struttura dello pneumatico è prevalentemente caratterizzata da fili d’acciaio o Kevlar ad alta resistenza, in una matrice gommosa. Il TubeLess, in caso di foratura, permette tempi di sgonfiaggio dello pneumatico abbastanza lunghi.

Ultimo passaggio per approdare all’innovativo presente: Pneumatici AirLess.

La tecnologia ha applicazioni effettive ed efficaci nel mondo AutoMotive solo negli ultimi anni, tuttavia l’idea, abbastanza rudimentale, nasce nel 1942. In figura vi è la “ruota autarchica” realizzata dalle Officine Viberti nel 1942. E’ nata per cercare di limitare l’usura della mescola, in quanto, in quei anni, vi era un problema legato all’approvvigionamento.

Interessante anche questa soluzione adottata dal costruttore aerospaziale Grumman. La struttura è completamente metallica.

Bridgestone e Michelin hanno reso possibile l’applicazione della tecnologia AirLess su macchine operatrici e solo recentemente su automobili.

• Come progettare uno pneumatico?

Dare vita ad uno pneumatico è come un’opera d’arte: è frutto di bilanciamento, tanta tecnica ed estetica. Le scuole di pensiero sono svariate, tuttavia, in fase di progettazione, gli ingegneri seguono un iter abbastanza chiaro e definito.

 

• Prima fase: Scelta del disegno del battistrada, della mescola e delle caratteristiche geometriche in funzione delle condizioni d’esercizio del veicolo considerato.
• Seconda fase: Tanta simulazione al computer mediante software e sistemi di calcolo numerico avanzatissimi;
• Terza fase: Prevede una simulazione diretta in pista in grado di mettere in relazione tutti i parametri di progettazione (Performance, aderenza, usura, efficacia del disegno utilizzato per il battistrada, temperatura e valori ottimali di pressione).
• Quarta fase: Miglioramenti vari e infine commercializzazione.

Per quanto riguarda il disegno del battistrada si seguono dei principi, i quali sono funzione delle condizioni dell’asfalto e del clima.
Con l’asfalto asciutto, bisogna disegnare il battistrada con un’impostazione tale da garantire un’elevata rigidezza nel contatto. Migliore sarà il valore ottimale raggiunto, maggiore sarà la confidenza in curva e di conseguenza la tenuta.

Al contrario, la presenza di intagli e lamelle marcati sul disegno del battistrada, amplificherà l’effetto di deflusso d’acqua.

Infine, il disegno del battistrada può differenziarsi in:

• Simmetrico: Composti da disegni identici, che si distendono partendo dal centro del pneumatico;
• Asimmetrico: Tipici di quel tipo di mescole caratterizzate da varie tipologie di scanalature sulla superficie;
• Direzionale: Battistrada caratterizzato da un motivo impostato sulla stessa direzione (ecco perché sono anche detti “uni-direzionali“). Tipici dei disegni a V per l’utilizzo su bagnato.

 

• Passato e Presente, ma.. il Futuro?

Dopo anni di ricerca e sviluppo, Michelin è in grado di presentare il primo pneumatico “ricaricabile“(sì avete capito bene), economico, sicuro ed ecologicamente sostenibile. Ecco a voi Vision:

Questa sensazionale tecnologia, firmata Michelin, potete trovarla nella prima parte dell’approfondimento Vehicle Close-up Engineering, non perdetela :
==> https://vehicle.closeupengineering.it/michelin-on-the-future-vision-lo-pneumatico-ricaricabile/10636/