Pneumatici: l’importanza del simulatore nello sviluppo delle gomme

La simulazione diventa sempre più uno strumento essenziale sia per lo sviluppo dei pneumatici da competizione, sia per quelli ad uso stradale. Quest’anno, ad esempio tutte le hypercar che correranno la 24 Ore di Le Mans monteranno pneumatici sviluppati interamente con software di simulazione. Questa tecnologia è anche un punto fondamentale del rapporto con le case automobilistiche, essenziale per lo sviluppo di pneumatici sportivi ad alte prestazioni, destinati al primo equipaggiamento (i famosi pneumatici OEM). Grazie alla modellazione matematica dello pneumatico, il simulatore permette di individuare le dimensioni e le tecnologie più adatte al nuovo veicolo in base alle sue caratteristiche e alla distribuzione dei pesi.

Pneumatici: come funziona un simulatore

Gli strumenti di simulazione al computer si basano sull’elaborazione dei dati da parte dei più avanzati algoritmi matematici e consente a Michelin di consolidare la sua posizione di leader tecnologico come azienda data-driven. Accelerando l’innovazione per le gare – e per la mobilità in generale – il simulatore permette di supportare meglio partner e costruttori, ridurre l’impatto ambientale della ricerca e sviluppo e ottenere un risparmio reale e concreto rispetto ai cicli di sviluppo più lunghi e tradizionali.

Passando ad un punto di vista più pratico, il simulatore permette di riprodurre la realtà dinamica attraverso l’interazione di tre modelli digitali: il primo riproduce fedelmente le caratteristiche e l’aderenza dei circuiti, il secondo che rappresenta il telaio del veicolo (o il veicolo completo) e l’ultimo per simulare nel dettaglio il comportamento degli pneumatici. Il pilota viene messo al volante di un simulatore ed è in grado di testare diversi tipi di pneumatici in tutte le configurazioni possibili senza mai essere realmente in pista.

Per completare il processo, le sensazioni soggettive e i feedback del pilota vengono integrati con le misurazioni oggettive fornite dal simulatore, su cui i piloti si comportano proprio come farebbero in una vera auto o su una pista reale.

Con queste metodologie, anche la professione del pilota è cambiata nel corso dei decenni: una volta si passavano intere giornate in pista per testare le varie soluzioni, consumando di fatto carburante (l’auto va letteralmente messa in moto e fatta girare in pista), pneumatici e soldi per la gestione logistica di tutta la strumentazione. Ciò non toglie che i test su pista rappresentano la prova del nove: infatti i piloti di nuova generazione devono saper collegare la simulazione virtuale con i test nella realtà.

I vantaggi della simulazione rispetto ai test in pista

La simulazione al computer riveste un ruolo estremamente importante nello sviluppo degli pneumatici da corsa e da strada. Consente ai progettisti di valutare e ottimizzare il comportamento delle gomme in una serie di condizioni senza dover costruire e testare fisicamente ogni singolo prototipo. Ecco alcune delle ragioni per cui la simulazione tramite software è fondamentale nello sviluppo degli pneumatici:

1. Risparmio di tempo e costi: costruire e testare fisicamente gli pneumatici richiede tempo, risorse e costi considerevoli. La simulazione al computer consente di ridurre notevolmente il tempo di sviluppo, consentendo ai progettisti di esplorare diverse configurazioni e varianti di design virtualmente prima di passare alla produzione fisica;
2. Progettazione più efficiente: utilizzando la simulazione al computer, i progettisti possono analizzare rapidamente e in dettaglio il comportamento degli pneumatici in una vasta gamma di condizioni stradali e di guida. Possono valutare le prestazioni dell’aderenza, la resistenza al rotolamento, l’usura degli pneumatici, l’handling e molte altre caratteristiche, consentendo di ottimizzare il design per raggiungere il miglior compromesso tra prestazioni e durata;
3. Analisi dettagliate: la simulazione al computer permette di analizzare in modo dettagliato il comportamento degli pneumatici sotto sforzi complessi, come l’interazione con il terreno, la deformazione della gomma, l’aerodinamica e le forze laterali. Queste analisi aiutano i progettisti a comprendere meglio i fenomeni fisici che influenzano le prestazioni degli pneumatici e a migliorare il loro design per ottimizzare le prestazioni;
4. Variazioni virtuali: utilizzando i software, è possibile esplorare diverse varianti di design virtualmente, ad esempio, modificando la geometria del battistrada, la mescola della gomma o la disposizione dei tasselli. Questo consente di valutare rapidamente l’effetto di tali modifiche sulle prestazioni degli pneumatici e di scegliere la configurazione migliore;
5. Ottimizzazione delle prestazioni: la simulazione può essere utilizzata anche per ottimizzare le prestazioni degli pneumatici in base a specifici requisiti. Ad esempio, è possibile ottimizzare il design per migliorare l’aderenza su superfici bagnate, ridurre la resistenza al rotolamento per aumentare l’efficienza del carburante o migliorare la durata degli pneumatici senza compromettere le prestazioni.

In sintesi, la simulazione al computer svolge un ruolo cruciale nello sviluppo degli pneumatici da corsa e da strada, consentendo ai progettisti di esplorare diverse opzioni di design, analizzare il comportamento degli pneumatici in dettaglio e ottimizzare le prestazioni. Ciò porta a una progettazione più efficiente, a un risparmio di tempo e costi e a pneumatici finali migliori in termini di prestazioni, durata e sicurezza.

Gli svantaggi della simulazione software

Nonostante i numerosi vantaggi, l’utilizzo della simulazione al computer nello sviluppo degli pneumatici presenta anche alcuni svantaggi. Eccone alcuni:

1. Limitazioni dei modelli di simulazione: i modelli di simulazione al computer devono essere accurati e rappresentare fedelmente il comportamento degli pneumatici nella realtà. Tuttavia, la creazione di modelli complessi e accurati può essere una sfida, e talvolta possono essere presenti delle limitazioni nella rappresentazione di tutti gli aspetti fisici degli pneumatici o anche dall’hardware utilizzato. Ciò può comportare delle discrepanze tra i risultati della simulazione e il comportamento reale degli pneumatici;
2. Dipendenza dai dati di input: le simulazioni al computer richiedono una serie di dati di input per descrivere le caratteristiche dell’asfalto, le condizioni di guida, la geometria del veicolo e altre variabili. L’accuratezza dei risultati delle simulazioni dipende dalla qualità e dalla rappresentatività di questi dati di input. Se i dati sono inesatti o poco rappresentativi delle condizioni reali, i risultati della simulazione potrebbero essere distorti;
3. Complessità delle interazioni fisiche: il comportamento degli pneumatici è influenzato da una serie di fattori complessi e interconnessi, come l’aderenza, la deformazione della gomma, l’aerodinamica, la temperatura e le forze laterali. Modellare accuratamente queste interazioni fisiche può risultare complesso e richiedere una conoscenza approfondita della fisica degli pneumatici. Ciò può comportare una maggiore complessità nella creazione dei modelli di simulazione;
4. Validazione sperimentale: sebbene le simulazioni con software siano un potente strumento di progettazione, è importante ricordare che devono essere validati e verificati mediante test sperimentali. I risultati delle simulazioni devono essere confrontati con i dati ottenuti dai test fisici per garantire l’accuratezza e la rappresentatività del modello di simulazione. La necessità di condurre test sperimentali aggiuntivi può comportare un aumento dei costi e dei tempi di sviluppo complessivi;
5. Limitazioni delle simulazioni in tempo reale: alcune simulazioni complesse richiedono un’enorme quantità di risorse computazionali e potrebbero richiedere molto tempo per essere eseguite. Questo può limitare l’utilizzo delle simulazioni in tempo reale durante le fasi di progettazione iniziali, quando sono necessarie risposte rapide e iterazioni frequenti.

Nonostante questi svantaggi, la simulazione al computer rimane uno strumento estremamente prezioso nello sviluppo degli pneumatici, consentendo una progettazione più efficiente, un risparmio di tempo e costi, nonché un’ottimizzazione delle prestazioni. L’uso combinato di simulazioni al computer e test sperimentali è generalmente considerato il modo migliore per sviluppare gli pneumatici con successo.

Michelin acquisisce Canopy Simulation per simulare gli pneumatici

Michelin ha acquisito la società britannica Canopy Simulation, leader mondiale nella simulazione dei tempi sul giro. Canopy offre un sofisticato software di simulazione. Il suo sistema, ospitato su una piattaforma cloud, combina modelli di circuito, auto e pneumatici con un “simulatore di traiettoria” altamente avanzato, che riproduce il comportamento di un “pilota virtuale ideale”.

Le applicazioni di questa soluzione sono molteplici, sia su strada che in pista:
• In ambito motorsport, il “pilota virtuale” eseguirà i compiti più standardizzati. Simulerà, ad esempio, le 4 ore di guida necessarie per completare uno stint a Le Mans e valuterà così la costanza degli pneumatici;
• Nello sviluppo degli pneumatici stradali, consentirà alle case automobilistiche di riprodurre una varietà di profili di conducente, oltre a differenti utilizzi dell’auto e dei pneumatici stessi.

L’essere umano mantiene tuttavia l’ultima parola, dal momento che il vero pilota ha la possibilità di approvare la specifica finale del pneumatico e la sua corrispondenza con il veicolo in questione. Introdotto 30 anni fa nelle competizioni per elaborare i dati raccolti in gara e generare previsioni, il software di simulazione matematica si è evoluto per la prima volta nei primi anni 2000. Un’ulteriore evoluzione è avvenuta nel 2005 – all’epoca Michelin era uno dei fornitori di pneumatici in Formula 1 insieme a Bridgestone – quando il costruttore ha compiuto il passo di rendere i suoi pneumatici virtuali “dinamici”. Il team di ricerca e sviluppo di Michelin ha quindi scomposto il pneumatico, creando un modello matematico indipendente per ogni elemento della sua struttura. Nel frattempo, il nuovissimo software termodinamico Tame Tire di Michelin ha permesso a questi diversi elementi di interagire, riproducendo le deformazioni e gli effetti delle temperature sui materiali e sulla pressione di gonfiaggio.

Da allora, Tame Tire ha continuato ad evolversi ed è costantemente migliorato grazie ai dati raccolti durante le gare. In questo modo, ad oggi ci si ritrova un software estremamente sofisticato ed evoluto che consente di ridurre sempre più le differenze tra il mondo simulato e la realtà.